谷歌的Sycamore擊敗頂級超級計算機實現"量子至上"
谷歌的科學家說，這一成就是量子計算領域的一個重要里程碑。
2019年10月24日
谷歌
· Sycamore是谷歌多年來開發的量子計算機。
· 與傳統計算機一樣，量子計算機產生二進制代碼，但它們是在利用量子力學的獨特現象時產生二進制碼的。
· 量子計算可能需要數年才能在日常技術中得到應用，但最近的成就是概念的一個重要證明。
谷歌開發的量子計算機"在花了200秒鐘來解決一個複雜的問題之後，該公司說，要用一臺超級計算機解決這個問題需要一萬年的時間。"
在.谷歌(Google)的科學家週三發表，稱這一成就是量子計算領域的一個"重要里程碑"，這表明該公司的設計"正朝著正確的方向發展"。儘管如此，谷歌量子計算機"Sycamore"的成功並不意味著我們很快就會轉向量子計算機。這在一定程度上是因為"量子至上"一詞有點誤導人。
但是首先，我們來看看量子計算機是如何工作的。
量子計算機與傳統計算機的區別
與傳統計算機一樣，量子計算機產生二進制代碼來執行計算功能。但是，像傳統計算機那樣，量子計算機不像傳統計算機那樣使用晶體管來表示1和零，而是使用量子比特，或者稱"量子位元"。
量子比特是一種極其微小的硬件部件，它們的作用就像亞原子粒子，利用糾纏、疊加和干涉等量子現象。量子位可以表示1和零。但是由於疊加，量子位元也能夠同時表示多個狀態，這意味著它們比傳統計算機的計算速度要快得多。這正是幫助Sycamore最近超越超級計算機的原因。
Sycamore實現了"量子優勢"，這種優勢發生在量子計算機能夠做傳統計算機無法做的事情時。為了通過這一基準，谷歌工程師們讓Sycamore與世界領先的超級計算機峰會競爭，它位於田納西州的橡樹嶺國家實驗室。
麻省理工學院(MIT)物理學家威廉·奧利弗(William Oliver)在一篇文章中寫道："峰會目前是世界上領先的超級計算機，每秒能執行大約2000億次運算。"為自然.
但是，Sycamore和峰會之間的競爭涉及到一項非常具體的任務，一項專門為像Sycamore這樣的量子計算機提供競爭優勢的任務。
擊敗世界領先的超級計算機
這項任務涉及到估計處理器比其他處理器更頻繁地產生一些"位字符串"的可能性。當您繼續向方程中添加信息時，傳統計算機難以進行計算。)你可以讀到更多關於這個實驗的資料。.)
"我們執行了一組固定的操作，將53位量子位捲入一個複雜的疊加狀態，"馬提尼小組的研究生研究員本·基亞羅(Ben Chiaro)對記者說。..."這種疊加狀態編碼概率分佈。對於量子計算機來說，這種疊加狀態的製備是通過在微秒內對每個量子位施加幾十個控制脈衝來完成的。我們可以在200秒內對每一個量子位進行百萬次測量，然後從這個分佈中提取樣本。"
"對於經典計算機來說，計算這些運算的結果要困難得多，因為它需要計算出處於2^53種可能狀態中的任何一種狀態的概率，其中53來自量子位數--指數縮放是人們一開始對量子計算感興趣的原因，"馬提尼小組的另一名研究生布魯克斯·福克斯(Brooks Foxen)告訴記者。科學日報...這是通過矩陣乘法來完成的，這對於傳統計算機來說是很昂貴的，因為矩陣變得很大。
但是這項任務的特殊性質使一些人對像Sycamore這樣的量子計算機的用途產生了疑問。
谷歌(Google)一位工程主管哈特穆特·納文(Hartmut Nven)週三在一次新聞發佈會上表示："我們經常聽到的一個批評是，我們編造了這個人為的基準問題--[Sycamore]還沒有做任何有用的事情。""這就是為什麼我們喜歡把它比作人造衛星時刻。人造衛星也沒有做什麼。它所做的只是環繞地球。然而它是太空時代的開始。"
量子計算概念的證明
儘管我們需要幾十年的時間才能看到量子計算為日常設備提供動力，但Sycamore作為概念的證明表明，存在著一種比傳統計算更有潛力的計算形式。
奧利弗在他的文章中寫道："在當今世界上速度最快的超級計算機上，這種量子優勢的展示確實是一項了不起的成就，也是量子計算的里程碑。"自然..."實驗表明，量子計算機代表著一種與經典計算機根本不同的計算模型。它還進一步反駁了人們對量子計算在一個非常大的計算空間中的可控性和可行性的批評(其中至少包含了這裡使用的253個態)。"
