谷歌“量子霸權(quán)”3分20秒完成復(fù)雜計算 而超級計算機(jī)需要一萬年

谷歌的量子計算機(jī)。該公司在周三發(fā)表的一篇論文中表示，這臺機(jī)器只需要幾分鐘就能完成一項復(fù)雜的計算任務(wù)，而超級計算機(jī)完成這項任務(wù)至少需要一萬年。

谷歌周三在舊金山表示，該公司已經(jīng)取得了一項人們期待已久的突破，被稱為“量子霸權(quán)（quantum supremacy）”，它可以讓新型計算機(jī)以當(dāng)今技術(shù)無法想象的速度進(jìn)行計算。

在《自然》雜志上發(fā)表的一篇論文中，谷歌表示，其位于加州圣巴巴拉的研究實驗室已經(jīng)獲得了一個里程碑式的成果，這是科學(xué)家們自上世紀(jì)80年代以來一直在努力實現(xiàn)的目標(biāo)：它的量子計算機(jī)完成了一項用當(dāng)前技術(shù)無法完成的任務(wù)。

谷歌在其論文中表示，在目前的技術(shù)水平下，一個最大的超級計算機(jī)在1萬年內(nèi)的時間里無法完成的數(shù)學(xué)計算，其新型量子計算機(jī)只要在3分20秒內(nèi)就能夠完成。

科學(xué)家們將谷歌的此次宣布比作1903年萊特兄弟的第一次飛行。這證明了一些事情確實是可能的，盡管它可能要過很多年才能真正實現(xiàn)。

德克薩斯大學(xué)奧斯汀分的計算機(jī)科學(xué)家Scott Aaronson說：“最初的萊特飛行器并不是一架有用的飛機(jī)，但它的目的是為了證明人類能夠飛上天空這一點。而它也確實證明了這一點。”

量子計算機(jī)是對一種被稱為量子力學(xué)的物理學(xué)經(jīng)過了一個多世紀(jì)研究才發(fā)明出來的，它的運(yùn)行方式與普通計算機(jī)完全不同。它依賴于一些物體在亞原子水平或暴露在極冷環(huán)境下時令人難以置信的運(yùn)行方式，比如金屬在谷歌的設(shè)備里冷卻到零下460度后的運(yùn)行方式。

研究人員相信，總有一天，這些設(shè)備可能會推動人工智能的發(fā)展，或者輕而易舉地推翻保護(hù)對國家安全至關(guān)重要的計算機(jī)的加密技術(shù)。正因為如此，美國和中國政府將量子計算視為國家安全的優(yōu)先事項。

但首先，科學(xué)家必須證明可以建造這樣的機(jī)器。一些研究人員警告說，不要對谷歌的里程碑太過興奮，因為在量子計算機(jī)能夠走出研究實驗室之前，還有很多工作要做。到目前為止，一個量子計算機(jī)成本達(dá)到了數(shù)百萬美元。

包括微軟、英特爾、IBM以及谷歌在內(nèi)的許多科技業(yè)巨頭都在爭奪量子計算領(lǐng)域的一席之地。最近的一項研究顯示，風(fēng)險投資家已經(jīng)向探索這項技術(shù)的初創(chuàng)企業(yè)投資了超過4.5億美元。

中國在國家量子實驗室上投入了4億美元，近年來獲得的量子專利幾乎是美國的兩倍。特朗普政府今年也推出了自己的國家量子計劃，承諾將在包括計算機(jī)在內(nèi)的量子研究上投入12億美元。

傳統(tǒng)的計算機(jī)通過處理信息的“位”來進(jìn)行計算，每個位包含1或0。幾十年來一直如此。

理解量子計算機(jī)的不同之處需要一個哲學(xué)上的飛躍。你需要先接受這樣一個概念：當(dāng)一個物體非常小或非常冷時，它可以同時表現(xiàn)得像兩個不同的物體。

通過利用這種不同尋常的表現(xiàn)行為，科學(xué)家們可以構(gòu)建一個量子比特，或稱量子位，存儲1和0的組合。兩個量子位可以同時容納四個值。隨著量子位元數(shù)量的增長，量子計算機(jī)的計算能力也會成倍增長，使得今天的超級計算機(jī)看起來就像玩具一樣。

科學(xué)家在20世紀(jì)80年代首次描述了這一想法，但量子位元是脆弱的。即便是把幾條線連在一起，也可能需要數(shù)年的工作。在過去的幾十年里，學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和政府的實驗室通過各種各樣的技術(shù)致力于量子計算，包括圍繞光粒子或電磁場建立的捕捉微小帶電粒子的系統(tǒng)。

大約20年前，日本的研究人員開創(chuàng)了“超導(dǎo)量子位”的先驅(qū)。

這種方法已經(jīng)顯示出了極大的前景，IBM、谷歌和Intel都開展了一些有關(guān)該方法的項目。這些計算機(jī)看起來一點也不像普通的計算機(jī)。它們由巨大的圓柱形金屬和扭曲的電線組成，并被放入不銹鋼冰箱中。你向計算機(jī)發(fā)送信息，就像你向傳統(tǒng)的計算機(jī)芯片發(fā)送信息一樣，然后接收計算結(jié)果。

谷歌的論文發(fā)表后，一時成為了互聯(lián)網(wǎng)上的討論的熱點，但很快在9月下旬該論文就在網(wǎng)上消失了。但這一短暫的露面足以激怒競爭對手公司的研究人員，他們認(rèn)為這家硅谷巨頭正在夸大自己的成就。

周一，IBM先發(fā)制人，在一篇博客中駁斥了谷歌聲稱的量子計算無法由傳統(tǒng)計算機(jī)完成的說法。IBM認(rèn)為，從理論上講，這項計算可以在目前的計算機(jī)上運(yùn)行不到兩天半，而不是夸張的一萬年。

“這不是最終和絕對碾壓目前經(jīng)典計算機(jī)的技術(shù)?！奔~約約克敦高地IBM研究實驗室的負(fù)責(zé)人Dario Gil表示。該公司正在美國建造自己的量子計算機(jī)。

其他研究人員對這一里程碑并不予理會，因為這項計算相當(dāng)深奧。它通過量子實驗產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，而量子實驗不一定適用于其他事物。

盡管IBM對谷歌是否真的完成了這么多工作提出了質(zhì)疑，Gil博士認(rèn)為量子計算機(jī)確實離現(xiàn)實越來越近了。他說：“到2020年，我們將能夠?qū)⑺鼈冇糜谏虡I(yè)和科學(xué)研究”。

與許多在企業(yè)研究實驗室進(jìn)行的前沿工作一樣，谷歌的量子研究植根于學(xué)術(shù)界。2014年，谷歌聘請了一組物理學(xué)家，他們之前幾年在加州大學(xué)圣巴巴拉分校從事量子計算研究。

研究人員將于周三晚些時候與記者討論他們的工作。

當(dāng)谷歌的論文發(fā)表時，它回應(yīng)了IBM關(guān)于其量子計算可以在經(jīng)典計算機(jī)上執(zhí)行的聲明。谷歌的一位發(fā)言人在一份聲明中說：“我們已經(jīng)脫離了傳統(tǒng)的計算機(jī)，進(jìn)入了一個完全不同的領(lǐng)域。我們歡迎推進(jìn)模擬技術(shù)的提議，盡管在真正的超級計算機(jī)上測試它們很重要，就像我們已經(jīng)做過的那樣?！?/p>

谷歌量子計算機(jī)的計算是用來證明一個復(fù)雜量子系統(tǒng)是可靠的一種方法。該公司還認(rèn)為，它產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)可能有實際用途。

南加州大學(xué)專門從事量子計算研究的教授Daniel Lidar說，隨著時間的推移，這些機(jī)器將會變得越來越好，它們可能有助于改進(jìn)密碼學(xué)，甚至有助于制造新藥物或新材料。

他說：“這將是一件大事，它在許多不同的地方都有所應(yīng)用。”

Lidar博士說，他預(yù)計其他科學(xué)家會試圖反駁谷歌的說法。但有些人認(rèn)為，這種近乎神話般的裝置對所有研究人員都有更廣泛的好處。

Chad Rigetti說：“谷歌的成就不僅是谷歌的一個重大成就，也是更廣泛的科學(xué)界的一個重大成就，”

他說：“用不了多久，量子計算機(jī)就能夠用于解決與商業(yè)相關(guān)的問題了?！?/p>