谷歌的Sycamore击败顶级超级计算机实现"量子至上"
谷歌的科学家说，这一成就是量子计算领域的一个重要里程碑。
2019年10月24日
谷歌
· Sycamore是谷歌多年来开发的量子计算机。
· 与传统计算机一样，量子计算机产生二进制代码，但它们是在利用量子力学的独特现象时产生二进制码的。
· 量子计算可能需要数年才能在日常技术中得到应用，但最近的成就是概念的一个重要证明。
谷歌开发的量子计算机"在花了200秒钟来解决一个复杂的问题之后，该公司说，要用一台超级计算机解决这个问题需要一万年的时间。"
在.谷歌(Google)的科学家周三发表，称这一成就是量子计算领域的一个"重要里程碑"，这表明该公司的设计"正朝着正确的方向发展"。尽管如此，谷歌量子计算机"Sycamore"的成功并不意味着我们很快就会转向量子计算机。这在一定程度上是因为"量子至上"一词有点误导人。
但是首先，我们来看看量子计算机是如何工作的。
量子计算机与传统计算机的区别
与传统计算机一样，量子计算机产生二进制代码来执行计算功能。但是，像传统计算机那样，量子计算机不像传统计算机那样使用晶体管来表示1和零，而是使用量子比特，或者称"量子位元"。
量子比特是一种极其微小的硬件部件，它们的作用就像亚原子粒子，利用纠缠、叠加和干涉等量子现象。量子位可以表示1和零。但是由于叠加，量子位元也能够同时表示多个状态，这意味着它们比传统计算机的计算速度要快得多。这正是帮助Sycamore最近超越超级计算机的原因。
Sycamore实现了"量子优势"，这种优势发生在量子计算机能够做传统计算机无法做的事情时。为了通过这一基准，谷歌工程师们让Sycamore与世界领先的超级计算机峰会竞争，它位于田纳西州的橡树岭国家实验室。
麻省理工学院(MIT)物理学家威廉·奥利弗(William Oliver)在一篇文章中写道："峰会目前是世界上领先的超级计算机，每秒能执行大约2000亿次运算。"为自然.
但是，Sycamore和峰会之间的竞争涉及到一项非常具体的任务，一项专门为像Sycamore这样的量子计算机提供竞争优势的任务。
击败世界领先的超级计算机
这项任务涉及到估计处理器比其他处理器更频繁地产生一些"位字符串"的可能性。当您继续向方程中添加信息时，传统计算机难以进行计算。)你可以读到更多关于这个实验的资料。.)
"我们执行了一组固定的操作，将53位量子位卷入一个复杂的叠加状态，"马提尼小组的研究生研究员本·基亚罗(Ben Chiaro)对记者说。..."这种叠加状态编码概率分布。对于量子计算机来说，这种叠加状态的制备是通过在微秒内对每个量子位施加几十个控制脉冲来完成的。我们可以在200秒内对每一个量子位进行百万次测量，然后从这个分布中提取样本。"
"对于经典计算机来说，计算这些运算的结果要困难得多，因为它需要计算出处于2^53种可能状态中的任何一种状态的概率，其中53来自量子位数--指数缩放是人们一开始对量子计算感兴趣的原因，"马提尼小组的另一名研究生布鲁克斯·福克斯(Brooks Foxen)告诉记者。科学日报...这是通过矩阵乘法来完成的，这对于传统计算机来说是很昂贵的，因为矩阵变得很大。
但是这项任务的特殊性质使一些人对像Sycamore这样的量子计算机的用途产生了疑问。
谷歌(Google)一位工程主管哈特穆特·纳文(Hartmut Nven)周三在一次新闻发布会上表示："我们经常听到的一个批评是，我们编造了这个人为的基准问题--[Sycamore]还没有做任何有用的事情。""这就是为什么我们喜欢把它比作人造卫星时刻。人造卫星也没有做什么。它所做的只是环绕地球。然而它是太空时代的开始。"
量子计算概念的证明
尽管我们需要几十年的时间才能看到量子计算为日常设备提供动力，但Sycamore作为概念的证明表明，存在着一种比传统计算更有潜力的计算形式。
奥利弗在他的文章中写道："在当今世界上速度最快的超级计算机上，这种量子优势的展示确实是一项了不起的成就，也是量子计算的里程碑。"自然..."实验表明，量子计算机代表着一种与经典计算机根本不同的计算模型。它还进一步反驳了人们对量子计算在一个非常大的计算空间中的可控性和可行性的批评(其中至少包含了这里使用的253个态)。"
