人類首次實現“量子霸權”了嗎?

殿下~


首先,很多人不曉得什麼是量子霸權?那麼讓我來為大家介紹一下!

量子霸權是指量子計算擁有的超越所有經典計算機的計算能力。在物理實驗上,迄今還沒有任何一臺量子裝置在實際實驗中展現出這種能力。

2018年9月,國防科技大學吳俊傑團隊與上海交通大學金賢敏合作研究成果,被《國家科學評論》在線發表。

2019年9月20日,科技巨頭谷歌(Google)一份內部研究報告顯示,其研發的量子計算機成功在3分20秒時間內,完成傳統計算機需1萬年時間處理的問題,並聲稱是全球首次實現“量子霸權”。

隨著量子物理裝置技術水平的快速發展,實現量子霸權似乎日益臨近。稱霸標準已成為量子計算領域最重要的科學問題之一。玻色採樣問題是一種針對光子(玻色子)系統的量子霸權測試案例。理論上,經典計算機求解玻色採樣需要指數量級計算時間,而量子計算只需要多項式量級計算時間。與此同時,相比通用量子計算,玻色採樣更容易實現。

最先開啟稱霸標準的研究

國防科技大學吳俊傑團隊與上海交通大學金賢敏合作,在國際上最先開啟了稱霸標準的研究。

2018年9月,《國家科學評論》在線發表了吳俊傑、金賢敏等人的研究成果,報道了玻色採樣案例的稱霸標準。該項研究中,吳俊傑與金賢敏在“天河二號”超級計算機上完成了玻色採樣問題的核心難題——積和式的求解。實際測試的問題規模達到48個光子,並推斷出“天河二號”模擬50個光子的玻色採樣需要約100分鐘。也就是說,一旦實際的量子物理裝置實現了每組樣本100分鐘以內50光子的玻色採樣,就在求解這個問題上超過了“天河二號”,實現了量子霸權。

谷歌實現量子霸權

多家英媒20日披露,科技巨頭谷歌(Google)一份內部研究報告顯示,其研發的量子計算機成功在3分20秒時間內,完成傳統計算機需1萬年時間處理的問題,並聲稱是全球首次實現“量子霸權”。

據報道,該報告指出,谷歌研究人員架設出53量子位的量子計算機,並以“懸鈴木”為代號。“懸鈴木”量子計算機所進行的運算,是要證明一個隨機數字生成器符合“隨機”的標準。按報告所指,即使是現存最先進的傳統超級計算機“Summit”,對量子電路的一個實例取樣100萬次,亦需時1萬年處理,但“懸鈴木”僅需200秒便完成運算。

撰寫報告的谷歌研究人員認為,雖然“懸鈴木”處理的運算無實際意義,但實驗結果證明,有運算工作只能夠在量子計算機上進行,實現“量子霸權”(quantum supremacy),若研究報告其後可獲學界認可,將成為量子科學的分水嶺。

研究人員亦預測,量子計算機的運算能力會呈現“雙指數速率增長”,超越“摩爾定律”所指,傳統計算機運算能力約兩年翻一倍的增長速度。

研究意義

實現量子霸權,將代表超越經典的量子計算能力從理論走進實驗,標誌著一個新的計算能力飛躍時代的開始。實現量子霸權離實現實際的量子計算機尚有很大距離。此,中國科學院量子信息重點實驗室副主任、中國科學技術大學教授郭國平解釋道,谷歌“一萬年”結論的得出,是基於量子計算特性,相對經典計算機效率提升“粗暴計算得出的數字”,並沒有考慮現在超級計算機在存儲、網絡傳輸等性能上的優化。

“量子霸權”這一概念最早由加州理工學院理論物理學家John Preskill在2011年的一次演講中提出,也可翻譯為“量子優越性”或“量子優勢”。衡量量子計算機實現“量子霸權”的標準是:能比經典計算機更好地解決一個特定計算問題。

中國科學技術大學量子物理與量子信息研究部教授朱曉波說,這是人類首次實驗演示在一個計算複雜度被嚴格證明的問題上,量子計算機相較於經典計算機有著壓倒性優勢,因此有著重要的里程碑式意義。

不過,他同時指出,由於谷歌此次只是將之應用在某一個特定問題上,且該問題目前還沒有任何實用價值,因此不少同行認為其稱自己實現“量子霸權”有過分誇大的嫌疑。有一派學者主張稱之為“量子優越性”。

郭國平作了一個類比:“量子計算機好比剛誕生的熱兵器,使用火藥的熱兵器剛出現的時候,威力可能還不如弓箭等冷兵器。但是,在某一個點上,熱兵器勝過冷兵器一籌,從此以後可能就會走上快速發展的道路。”

近年來,我國在量子計算相關領域的投入非常可觀,並由此取得了諸多成果。“我國在超導量子計算領域近年來進展迅速。”朱曉波說,以中國科學技術大學、浙江大學和中國科學院物理所等為代表的單位先後創造了10個、12個、18個量子比特糾纏的新紀錄,在國際上已經躋身一流的研究團隊。

“我國與谷歌存在一定的差距,但並沒有明顯的代差。我們前期已經突破了20個量子比特的超導量子計算技術,正在攻關50量子比特。如果能有效地組織起國內的核心力量,並提供足夠的資源支撐,有望在兩三年內迎頭趕上。”朱曉波說。

中國科學院院士、中國科學院量子信息重點實驗室主任郭光燦認為,中國要在量子計算領域迎頭趕上,還需要做到兩點:一是改變現在分散的格局,因為“游擊戰競爭不過大兵團”;二是摒棄以論文為導向的做法。“以前經費投到量子計算機這個主流方向上的很少,必須大力投入。與此同時,如果以論文為導向的做法不改變,投入再多錢也難以趕上。”

當前實現量子霸權絕非易事。


劉雁斌


量子霸權(quantum supremacy)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。在物理實驗上,迄今還沒有任何一臺量子裝置在實際實驗中展現出這種能力。 量子霸權 quantum supremacy 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」。 2018 年 9 月,國防科技大學吳俊傑團隊與上海交通大學金賢敏合作研究成果,被《國家科學評論》在線發表 。 2019 年 9 月 20 日,科技巨頭谷歌(Google)一份內部研究報告顯示,其研發的量子計算機成功在 3 分 20 秒時間內,完成傳統計算機需 1 萬年時間處理的問題,並聲稱是全球首次實現“量子霸權”。 隨著量子物理裝置技術水平的快速發展,實現量子霸權似乎日益臨近。稱霸標準已成為量子計算領域最重要的科學問題之一。玻色採樣問題是一種針對光子(玻色子)系統的量子霸權測試案例。理論上,經典計算機求解玻色採樣需要指數量級計算時間,而量子計算只需要多項式量級計算時間。與此同時,相比通用量子計算,玻色採樣更容易實現。 實現量子霸權,將代表超越經典的量子計算能力從理論走進實驗,標誌著一個新的計算能力飛躍時代的開始。實現量子霸權離實現實際的量子計算機尚有很大距離。當前實現量子霸權絕非易事。


聰明的小竹子


據說,物理學界發現量子糾纏上百年,至今爭論不已,在神秘莫測的量子邃道面前,物理界大牛有些是鑽不進——無法解釋;有些是出不來——沒有成果。人類對量子之謎只是理解了皮毛,美國所謂的量子計算機也僅僅是打了個擦邊球,談何量子霸權?朱清時老先生在研究量子現象時,對佛教產生了頓悟,以佛教哲學來解釋量子現象,但是贊少彈多。所幸,我們有潘健偉教授為首的團隊正在攻克量子技術,研究水平處於世界先進水平,前兩年,我們就發射了用量子技術加密的墨子號通訊衛星。


用戶樂山


美國IBM已經實現了50量子計算。注意這不是實驗室技術,已經投入商用。


clarkman


量子霸權,還是一個概念,個人感覺最主要的是實用性,那天量子真的走入我們生活的時候,才可以真正說量子霸權了吧


盛世唐人


量子?看報道連大物理學家楊振寧博士,都在參與爭論之事。我們非專業人士不好亂髮言。多學習吧!


遠方167427784


人類社會的任何霸權都是不順應社會的邏輯。驅除霸權是每個公民的義務。總之不贊成霸權。


M老菜幫子


目標有了,等應用到人類服務才去論長短!個人如比,國家也如此,科學是服務人類的,而不能霸權的思想產生!和皆世界是我們中華民族的優良傳統。


用戶3586517817090


請問,為什麼要問我這個問題?你覺得我知道什麼是“量子”嗎?你是不是不想讓我忘記自己曾經是學渣這件事兒????


果粒9552


這是量子力學範疇!科學家們還一直沒有爭論明白吶!超難的題目!若干年後,方能有一個準確的答案!


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