北京時間11月6日消息，在讓外界猜測了數(shù)周之后，谷歌公司終于在著名的《自然》(Nature)雜志上發(fā)表了一篇論文，聲稱自己已經(jīng)取得了“量子霸權(quán)”。

　　我們?yōu)槭裁匆P(guān)心量子霸權(quán)?量子霸權(quán)意味著什么?

　　在谷歌發(fā)表的論文中，谷歌人工智能科學(xué)家團(tuán)隊聲稱，他們的量子計算機(jī)“Sycamore”能在短短3分20秒內(nèi)完成一項驗證大數(shù)字隨機(jī)性的任務(wù)。研究團(tuán)隊表示，世界上最強(qiáng)大的超級計算機(jī)需要一萬年才能完成同樣的任務(wù)。

　　經(jīng)典計算機(jī)——從筆記本電腦到倉庫大小的超級計算機(jī)——的運(yùn)算只用到1和0，但Sycamore這樣的量子計算機(jī)，使用的是量子比特(通常稱為量子位)來進(jìn)行運(yùn)算。一個量子位可以同時是0和1，而不是兩種可能性二選一。

　　這意味著，當(dāng)擁有的量子位越多，計算機(jī)的運(yùn)算能力就會呈指數(shù)級增長。根據(jù)谷歌今天上傳的一段視頻，谷歌的Sycamore量子計算機(jī)擁有52個量子位，一次可以看到1000億個狀態(tài)。那可是相當(dāng)龐大的運(yùn)算量。

　　那么，是什么讓Sycamore比經(jīng)典計算機(jī)更高效呢?美國理論物理學(xué)家約翰·普雷斯基爾(John Preskill)在2012年首次創(chuàng)造了“量子霸權(quán)”(quantum supremacy)一詞。在早些時候為《量子》(Quanta)雜志撰寫的一篇專欄文章中，他將其定義為“當(dāng)量子計算機(jī)可以做到經(jīng)典計算機(jī)做不到的事情時的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，不管這些任務(wù)是否有用”。

　　需要注意的是，量子霸權(quán)表示的是量子計算機(jī)可以解決經(jīng)典計算機(jī)在合理時間范圍內(nèi)不能解決的問題，并不意味著量子計算機(jī)就能解決經(jīng)典計算機(jī)無法完成的任務(wù)。“只要有足夠的時間……經(jīng)典計算機(jī)和量子計算機(jī)可以解決同樣的問題，”美國克瑞頓大學(xué)的Thomas Wong說道。

　　普雷斯基爾指出，“量子霸權(quán)”一詞可能會導(dǎo)致“對量子技術(shù)現(xiàn)狀的過度炒作”。不過他也祝賀谷歌“在實驗物理學(xué)方面取得的非凡成就”，稱其“證明了量子計算硬件的蓬勃發(fā)展”。

　　簡而言之，通過證明量子計算機(jī)的優(yōu)越性，我們現(xiàn)在能比以前更快地解決某些復(fù)雜的問題。可以想象，制藥公司可以利用這項技術(shù)設(shè)計出極其復(fù)雜的藥用化合物;金融建模可以使用量子計算來了解市場趨勢。另一方面，量子計算機(jī)在理論上還可以以前所未有的計算能力破解當(dāng)前的加密標(biāo)準(zhǔn)。

　　當(dāng)然，這一切只是推測。前沿研究人員還沒有找到量子計算機(jī)的實際用途。Sycamore只是以一種非常特殊的方式解決了一個非常具體的問題。“簡而言之，這個量子計算機(jī)執(zhí)行了一個隨機(jī)選擇的指令序列，然后測量所有的量子位，以產(chǎn)生一個輸出位串，”普雷斯基爾在專欄中寫道，“這種量子計算幾乎沒有結(jié)構(gòu)，使得經(jīng)典計算機(jī)很難跟上其運(yùn)算速度，但也意味著答案的信息量不是很大。”

　　在文章發(fā)表前兩天，谷歌在量子領(lǐng)域最大的競爭對手IBM就發(fā)表了一篇文章，批評了這一成果。IBM公司聲稱，“在一個經(jīng)典系統(tǒng)上，對同樣任務(wù)的理想模擬可以在2.5天內(nèi)完成，而且精確度要高得多。”

　　根據(jù)IBM的說法，這在很大程度上是由于谷歌的實驗忽略了某些參數(shù)，包括“大量的磁盤存儲”和其他“眾所周知的優(yōu)化方法”。

　　無論是否“霸權(quán)”，量子計算機(jī)的能力還是要在實際應(yīng)用的時候才能真正體現(xiàn)出來。根據(jù)今天發(fā)布的一篇博客文章，谷歌的團(tuán)隊已經(jīng)在研究“近期的應(yīng)用”，包括“量子物理模擬和量子化學(xué)，以及生成機(jī)器學(xué)習(xí)中的新應(yīng)用”。

　　除了這些應(yīng)用之外，谷歌已經(jīng)證明了它的量子計算機(jī)在隨機(jī)數(shù)字的生成方面是非常出色的。這聽起來可能并不出奇，但隨機(jī)性在計算機(jī)科學(xué)中非常有用。普雷斯基爾認(rèn)為，我們還需要幾十年的時間才能看到量子計算機(jī)“對社會產(chǎn)生變革性影響”。不過，谷歌的這篇論文可能會成為一個分水嶺，為一個全新的計算時代奠定基礎(chǔ)，從新材料的設(shè)計到更高效的肥料，任何事情可能實現(xiàn)——如果可以相信谷歌的話。

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