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量子計算機用3分20秒完成的一項計算,全球最強大的超算Summit要花1萬年。
這個成果,來自穀歌最新的量子計算研究,發表在NASA官網上。論文宣布,“量子霸權”實現了。
英國政府的量子技術顧問Steve Brierley說:
這是第一次有人證明,量子計算機的性能真的能超過經典計算機。
是個了不起的成就。
另外,美國民主黨的總統參選人楊安澤,推特轉發了這則,引起強烈關注,一日便有5100人點讚:
大事啊,至少說明,沒有什麽破解不了的密碼了。

雖然,NASA沒過多久便下架了這篇論文,但正因如此,人類反而對穀歌新的成果更加好奇了。
一窺論文NASA匆匆撤下了論文,我們仍然能從網頁緩存中一窺論文的內容。
穀歌在論文摘要中說:
我們使用具有53個超導量子位的可編程處理器,占用狀態空間為253≈1016。重複實驗的測量結果會采樣相應的概率分布。
我們使用經典模擬進行驗證。雖然我們的處理器大約需要200秒來采樣一
百萬個量子電路實例,但是一台先進的超級計算機將需要大約1萬年的時間來執行等效的任務。
相對於所有已知經典算法而言,這種巨大的提速在實驗中實現了計算任務上的量子霸權,並預示了人們期待已久的計算範式的出現。
在摘要中,穀歌揭示了這台量子計算機強大的原因,由於量子力學中物體的狀態是在希爾伯特空間中演化,因此隻需53個量子位就可以模擬1016種狀態,而這個數字已經超出了當今超級計算機的運算能力(一般是等價於50個量子比特)。
主要指出的是穀歌雖然實現了72個量子位的芯片,但這和72位量子計算機是兩回事。穀歌Bristlecone芯片是利用9個相同模式的量子比特進行耦合,然後依次擴展出去,並非實現了兩兩量子比特之間的耦合。
量子計算機的實際應用也麵臨諸多問題。由於在於0和1兩種狀態之間的能量差太小,需要降低到絕對零度附近,才能防止被熱量所破壞。
此外,城市之星物流電話 ,粒子之間狀態的耦合也有時間限製,時間一長,兩個粒子將不再“相幹”。在進行量子計算實驗時,所有的量子操作要在量子退相幹之前完成,才能保證量子操作的保真度(Fidelity),否則運算結果將不再可信。
今年3月,穀歌在一篇論文中給出了如下的量子計算機演化概念圖:

這張圖顯示了量子計算錯誤率和量子比特數之間的關係。穀歌量子人工智能實驗室的預期研究方向為圖中紅色曲線,佳怡物流查詢 ,他們希望通過建立糾錯量子計算機,降低錯誤率,從而將這項技術推入右下角的綠色可用區域。
什麽是量子霸權量子霸權,也叫量子優勢,即在未來的某個時刻,功能強大的量子計算機可以完成經典計算機幾乎不可能完成的任務。
比如在一天之內破解原本幾萬年才能破解的密碼、實現通用人工智能、快速模擬分子模型。
提出這一假想的原因是,量子計算機的發展似乎遵循著“內文定律”,而經典計算機遵循著“摩爾定律”。

△ 提出內文定律的Hartmut Neven
摩爾定律為大眾所熟知,即計算機芯片的晶體管密度每18個月翻一番,算力增強一倍,這是一種指數增長的規律。但是近年來隨著晶體管的尺寸逐漸逼近物理學極限,這一定律已經放緩甚至失效。
而來自穀歌量子人工智能實驗室的負責人Hartmut Neven認為,量子計算機的速度正在以雙指數的速度增長。雙指數是指數之上再加一層指數,形式如下:
Neven認為,量子計算機比經典計算機存在著兩個指數優勢:
首先,量子位相比普通位具有效率優勢,如果一個量子電路具有4個量子位,那麽需要一個具有16個普通位的經典電路才能實現等效的計算能力。
其次,量子芯片也在快速改進。穀歌量子芯片正在以指數級的速度發展,這種快速的改善是由於量子電路中錯誤率的降低。而降低錯誤率能幫助我們構建更大的量子芯片。
雙指數的增長速度遠遠快於指數函數,因此穀歌認為雖然量子計算機速度現在遠不及經典計算機,但是總有一天會超過後者。