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200秒=超算1万年,谷歌量子霸权论文上架即被撤回,引全球热

2019-11-03 11:03:30

边策奥菲寺栗子

Qbitai

一台量子计算机在3分20秒内完成了计算。世界上最强大的超级计算峰会将需要10,000年的时间。

这项来自谷歌最新量子计算研究的成果发表在美国宇航局官方网站上。文章宣布“量子霸权”已经实现。

英国政府量子技术顾问史蒂夫·布赖利(Steve brierley)表示:

这是第一次有人证明量子计算机能真正超越经典计算机。

这是一项了不起的成就。

此外,美国民主党总统候选人杨安泽在推特上发布了这个故事,引起了强烈关注,有一天有5100人称赞了这个故事:

至少,重大事件表明没有无法破解的密码。

尽管美国宇航局很快就把论文从书架上拿下来,但正是因为这个原因,人类对谷歌的新成就变得更加好奇。

一张纸的一瞥

Nasa匆忙拉下了纸,我们仍然可以从网络缓存中瞥见纸的内容。

谷歌在摘要中说:

我们使用具有53个超导量子位的可编程处理器,占据253≈1016的状态空间。重复实验的测量结果将采样相应的概率分布。

我们用经典模拟来验证。虽然我们的处理器需要大约200秒来采样一个

数百万个量子电路实例,但是一台先进的超级计算机需要大约10,000年才能完成同等的任务。

与所有已知的经典算法相比,这种巨大的速度增长实现了实验中计算任务的量子霸权,并预示着期待已久的计算范式的出现。

在摘要中,谷歌揭示了这台量子计算机如此强大的原因。因为量子力学中物体的状态是在希尔伯特空间中演化的,所以只需要53个量子比特来模拟1016个状态,这超出了当今超级计算机的计算能力(一般相当于50个量子比特)。

主要指出的是,虽然谷歌已经实现了72比特的芯片,但它不同于72比特的量子计算机。谷歌的刚毛状芯片使用相同模式的九个量子位进行耦合,然后一个接一个地扩展它们,而不是实现两个量子位之间的耦合。

量子计算机的实际应用也面临许多问题。由于0和1状态之间的能量差太小,因此需要将其减小到接近绝对零度,以防止热损坏。

此外,粒子之间的状态耦合有时间限制。随着时间的推移,这两个粒子将不再是“相干的”。在量子计算实验中,所有的量子运算都必须在量子退相干之前完成,以保证量子运算的保真度,否则运算结果将不再可信。

今年3月,谷歌在一篇论文中提出了以下量子计算机进化的概念图:

该图显示了量子计算错误率和量子比特数之间的关系。谷歌量子人工智能实验室的预期研究方向是图中的红色曲线。他们希望通过建立一台纠错量子计算机来降低错误率,从而将这项技术推向右下角的绿色可用区域。

什么是量子霸权

量子霸权,也称为量子优势,意味着在未来的某个时候,强大的量子计算机可以完成经典计算机难以完成的任务。

例如,破解可能在一天内破解数万年的密码,实现通用人工智能,并快速模拟分子模型。

提出这一假设的原因是量子计算机的发展似乎遵循“内文定律”,而经典计算机遵循“摩尔定律”。

△哈特穆特·内文,他提出了国内法

摩尔定律众所周知,即计算机芯片的晶体管密度每18个月翻一倍,计算力翻一倍。这是指数增长的规律。然而,近年来,随着晶体管的尺寸逐渐接近物理极限,这一定律已经变慢甚至失效。

谷歌量子人工智能实验室负责人哈特穆特·内文(Hartmut neven)认为,量子计算机的速度正以双指数速度增长。双重索引是以下列形式添加到索引中的索引:

Neven认为量子计算机比经典计算机有两个指数优势:

首先,量子位比普通位有效率优势。如果一个量子电路有4个量子位,那么需要一个有16个普通位的经典电路来获得相等的计算能力。

其次,量子芯片也在迅速改进。谷歌量子芯片正以指数速度发展。这种快速的改进是由于量子电路中错误率的降低。降低错误率可以帮助我们制造更大的量子芯片。

双指数的增长率远远快于指数函数的增长率,所以谷歌认为尽管量子计算机比经典计算机慢得多,但总有一天它们会超过后者。

这不仅仅是谷歌研究人员的自吹自擂。事实上,谷歌实验室正以双倍的指数速度前进:去年12月,一台笔记本电脑可以模拟谷歌最好的量子电脑。只有在今年1月,强大的台式机才能与之匹敌。到今年2月,经典计算机的速度不再能与量子计算机相匹配,后者也不再能被模拟。

为什么它是由美国宇航局发布的

你可能想知道为什么谷歌的论文会在美国宇航局的官方网站上发表。事实上,谷歌从去年开始就与美国宇航局合作,并树立了一面旗帜:今年实现所谓的量子霸权,即让量子计算机比经典计算机强大得多。

2018年7月,谷歌宣布与美国宇航局建立伙伴关系,将量子计算机上运行的结果与经典模拟进行比较,以实现所谓的“量子霸权”,谷歌预计今年可能实现这一目标。

双方使用的量子芯片的名字是刚毛藻,总共包含72个量子位。因为刚毛藻需要保持超导电路接近绝对零度,所以它不能从谷歌实验室移除。美国宇航局的研究人员只能通过谷歌的云api远程连接到刚毛藻。

双方将共同研究如何将“各种优化和采样问题”映射到刚毛藻量子计算系统。

根据双方的协议,他们在今年早些时候对在美国宇航局最强的超级计算机昴宿星上运行这些模拟所需的软件进行了编码,并在合同签署12个月后,即今年7月,将量子电路模拟的结果与谷歌量子计算机硬件的结果进行了比较。

尽管谷歌和美国宇航局非常乐观,但也有一些业内人士希望丢掉这面旗帜。

阿里巴巴数据基础设施和搜索技术部的研究人员发表了一篇论文,认为可能需要错误率较低的量子芯片来实现量子霸权。

南加州大学量子信息科学与技术中心主任丹尼尔·激光雷达也表示怀疑。“似乎还有其他方法可以抑制错误,”他在接受麻省理工学院《科学技术评论》采访时说。

如果这篇论文通过同行评审,这意味着谷歌和美国宇航局的旗帜还没有落下,量子计算将进入一个新时代。

创造历史

几十年来,量子计算领域一直笼罩在一个强大的假设之中:

任何其他类型的计算机,都可以高效地完成计算,经典的计算机也可以高效地完成。

这一假设来自“扩展教会图灵理论”。

今天,谷歌的量子计算机需要大约10,000年的时间才能在3分20秒内完成计算,到达世界第一大超级计算机summit。这打破了人类曾经持有的猜想。

谷歌说:

这标志着第一个只能由量子处理器执行的操作。

这是全量子计算道路上的一个里程碑。

量子机器的计算力将以双指数的速度增加。

当然,这一前所未有的成就不仅仅是谷歌自己的狂欢。

史蒂夫·布赖利(Steve brierley),英国政府量子技术顾问,在这个领域工作了20年,也是量子软件初创公司riverlane的创始人。他强调说:

量子计算机第一次被证明能真正超越经典计算机。

这是一项了不起的成就。

在国外,民主党总统候选人安德鲁·杨说:

谷歌的量子霸权是一件大事。如果没有别的,这至少意味着没有不可破解的代码。

他的推特已经获得了5100次赞扬。

不久之后,杨还补充了一句:

我们的加密技术必须跟上。

这条推文又受到了3200次表扬。

下一步是什么?

量子霸权已经实现,但故事还没有结束。

在许多人看来,量子霸权是人们树立的一个里程碑:它足以证明量子计算机在任何任务上都超越经典计算机。

任何类型的任务都可以完成,但不一定具有实际意义。例如,谷歌对于量子计算机的任务是验证随机数生成器是否真的是随机的。

因此,在一个里程碑之后,还有另一个里程碑要达到。

可行性

ibm量子计算战略负责人罗伯特·苏托(Robert sutor)提到了“量子优势”的概念,这是一个实际的里程碑:

量子优势在于,在真实的应用场景中(如金融服务、人工智能、化学),量子计算机比任何经典计算机都做得好得多。

作为谷歌的竞争对手,ibm一直在探索量子计算的应用,并在这一领域与摩根大通和奔驰进行了合作。最近,他们还在线打开了一台53位通用量子计算机。

Ibm说他们不使用也不关心量子霸权这个词。

然而,谷歌研究和加州理工学院的理论物理学家费尔南多·白兰度(fernando brandã)认为:

在实现量子霸权之前,量子计算机不能做任何有趣的事情。

现在,即使量子计算机执行的任务没有实际意义,研究人员仍然可以从经验中学习,并在未来开发更有用的量子计算机。

2018年,波士顿咨询集团(bcg)发布报告称,量子计算机可以在许多领域改变游戏规则:

例如,密码学和化学,对化学的影响将广泛传播到材料科学、农业、制药等领域。

人工智能,更不用说机器学习了。

此外,新的应用将出现在物流、制造、金融和能源领域。

全世界都期待着这个未来。

容错率

下一个里程碑是建造一台容错量子计算机。

这种计算机可以实时校正计算中的误差,并且原则上可以实现无误差量子计算。

目前,主流方法被称为“表面代码”,每一个用于计算的“逻辑”量子位都需要数万个纠错量子位的支持。

这远远超出了当前量子计算最强的计算力。

因此,量子计算是否需要容错也值得讨论。

谷歌的费尔南多·白兰度说:

有许多想法要去做,但是没有方向是确定的。

还有一件事

然而,在进入未来之前,这项研究还有一个直接触及灵魂的问题:

如果计算超级计算机需要一万年,我们怎么知道量子计算机是对的?

纸质缓存地址:

http://file bin . net/k5rr 4l 0 P6 ldde 7 HR/quantum _ supremony _ using _ a _ programming _超导_processor.html

-完毕-

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