据外媒报道，谷歌近日宣布成功实现“量子至上”（QuantumSupremacy），并推出了Sycamore处理器，其中包含53个有效量子比特，”对一个量子电路产生的随机数进行100万次采样的计算任务，谷歌量子计算机只需要200秒，而世界上最强大的超级计算机Summit则需要1万年。为了证明谷歌的实力有多么惊人量子计算机是，科技记者尼尔·萨维奇（NeilSavage）日前亲身操作，称其如变魔术。记者亲身体验：量子计算机有何不同？在谷歌位于戈利塔的车库般的实验室里，加州，我站在一个巨大的触摸屏前，用手指在显示屏上移动，包括X、Y、H等神秘的物体。小方块符号。The方块代表可以在量子比特上执行的功能，量子比特位于附近的一个大银圆柱体中。无数函数中的一些函数将位从1翻转到0，或者从0翻转到1。显示屏上的另一个方块显示量子位的状态，它看起来像球体中的棒棒糖。随着“棒棒糖”的移动，它旁边的数字在1.0000和0.0000之间振荡。这是量子位的优势之一：它们不必像二进制位那样是1或0，而是可以存在于两者之间的状态。这种“叠加”属性让每个量子比特一次可以进行不止一次的计算，但是以一种看起来特别神奇的方式来加速计算。虽然最终读出的量子位还是一个1或0，但所有这些中间步骤的存在意味着经典计算机很难或不可能进行类似的计算。对于外行来说，这个过程可能看起来有点像变魔术，挥手，轻敲触摸屏，然后从量子帽子里变出一只兔子。谷歌邀请我和其他记者来揭开这个魔法的神秘面纱，证明它根本不是魔法。在屏幕的右半部分，之字形线显示了与在量子位上执行的功能相对应的波形。该部分旁边是一个台式打印机大小的盒子，它将这些波形作为电脉冲通过电线发送到一个银圆柱体中。如果打开圆柱体，您会看到里面有六层腔室，像金属丝、倒置的结婚蛋糕一样分层排列。每层腔室都被冷却到比它上面的腔室低得多的温度；最低层达到0.015开尔文（-273.135摄氏度），几乎只有外层空间的1/200。这些腔室都是真空的，并避免光和热，否则会损坏脆弱的量子比特，这些量子比特位于所有电线末端的芯片上，在黑暗和寒冷中被隔离。每个量子比特的直径约为0.2毫米，可以通过普通显微镜看到。但在被冻结并免受外部影响后，每个量子位都变成了超导体，允许电子自由流动，就好像它是一个原子，其行为可以由量子力学定律决定。强度恰到好处的微波脉冲会导致量子比特振动。当两个相邻的量子比特达到相同的共振频率时，它们就会纠缠在一起，另一种量子力学特性意味着测量一个量子比特的状态也会告诉你另一个量子比特的状态。不同频率的电磁脉冲导致量子比特翻转。各方评论：“量子至上”有意义吗？谷歌的量子软件工程师CraigGidney说，“量子计算机更像是一个盒子，里面有一串钟摆。我和其他人在房间外发送信号就是拉动钟摆的绳子，改变它们。这一切谷歌的量子团队表示，寒冷和振动赋予它量子霸权，允许量子计算机做普通计算机做不到的事情。在本周发表在《自然》期刊上的一篇论文中，谷歌工程师描述了他们用来证明量子霸权的基准实验.他们的程序运行在50多个量子比特上，检查量子随机数发生器的输出。谷歌量子AI实验室经理HartmutNeven表示，一些批评者抱怨说它是一个神器，只适用于有限的现实世界应用。对此，内文反驳道：“Sputnik（人类第一颗人造卫星）没有太大的实际用途，它只是围绕地球转。然而，它代表着太空时代的开始！”芝加哥大学专注于量子信息工程加州大学的凝聚态物理学家DavidAwschalom并未参与该研究，他认为谷歌项目解决了一个非常具体问题，并补充说谷歌不能声称拥有通用量子计算机。他说，通用量子计算机可能需要一百万个量子比特，而且还需要很多年。但他相信谷歌团队已经实现了一个重要的里程碑，奠定了为其他科学家的突破奠定基础。谷歌的量子计算芯片Sycamore使用了53个量子位来实现其结果，而芯片上的第54个量子位失败了。Sycamore的目标是随机生成由1和0组成的字符串，每个量子位可以生成253位的字符串（即大约9.700199254740992千万亿位的字符串）。由于量子比特相互作用的方式，一些字符串比其他字符串更有可能。Sycamore将数字生成器运行了一百万次，然后对结果进行采样以找出任何给定字符串出现的概率。谷歌团队还在橡树岭国家实验室的Summit超级计算机上运行了一个更简单的测试版本，然后根据这些结果进行推断以验证Sycamore的输出。新芯片在200秒内完成了任务。研究人员估计，同样的计算需要Summit数万年的时间。不过，IBM研究人员上周早些时候发表了一篇论文称，在理想条件下并使用额外的内存存储，Summit可以在两天半内完成上述任务。IBM也在致力于开发量子计算，该公司的科学家在IBMResearch博客上写道：“由于2012年加州理工学院理论物理学家JohnPreskill提出的‘量子霸权’一词的本意是描述量子计算机是什么可以做到经典计算机做不到的事情，而谷歌的量子计算机显然还没有跨过这个门槛。”所以也许谷歌的成就可以贴上“量子优势”的标签。但德克萨斯大学奥斯汀分校的理论计算机科学家ScottAaronson表示，说量子霸权尚未实现并不完全正确，因为Sycamore比Summit快得多。随着谷歌系统中量子比特数量的增长，它的计算能力将呈指数级增长。从53到60个量子位将使该公司的量子计算机具有33个Summit的计算能力。在70个量子位时，像Summit这样的传统超级计算机可能必须达到一个城市的大小才能拥有相同的处理能力阿伦森还表示，谷歌所取得的成果可能已经具有一些意想不到的实用价值，谷歌的系统可以用来生成被量子物理定律确认为随机的数字，例如，应用程序可能会生成一个密码比人类或传统计算机所能提供的更强大。“我现在不确定争论它已经实现‘霸权’是否正确，”阿伦森承认道。他说，量子计算领域尚未就比较不同量子计算机的最佳方式达成一致，尤其是那些建立在不同技术上的计算机。虽然IBM和谷歌都在使用超导体来创建他们的量子比特，但另一种方法依赖于捕获离子，即悬浮在真空中并由激光束操纵的带电原子。IBM提出了一种称为“量子体积”的度量标准，其中包括诸如量子比特执行计算的速度以及它们避免或纠正诸如犯错误的能力等因素的速度。Google还需要解决哪些其他问题？事实上，纠错是量子计算机科学家必须掌握的东西，以便他们构建真正有用的设备，尤其是那些包含数千个量子比特的设备。研究人员说，到那时，机器可以运行详细的化学反应模拟，这可能会导致新药或更好的太阳能电池。他们可以快速破解最常用于保护Internet数据的代码。然而，要实现这种性能，量子计算机必须能够自我纠正，发现并修复其运行中的错误。当一个量子比特自发地从1翻转到0，或者当它的量子叠加因外界干扰而衰减时，就会发生这种情况。错误的。谷歌的量子位目前在衰减前持续约10微秒。“它们的寿命有限，”项目研究员MarissaGiustina说。它们非常脆弱，以至于我们在与周围环境互动时可能会丢失量子信息。“传统计算机通过冗余来解决纠错问题，通过测量电容器中的单个电子而不是数万个电子来决定数字位是开还是关。相比之下，量子位本质上是概率性的，因此试图将它们聚集在一起一起进行批量测量是行不通的。谷歌正在开发一种统计方法来纠正错误，加州大学圣巴巴拉分校的物理学家约翰马丁尼斯与该公司合作开发了Sycamore。他说，到目前为止，初步结果显示没有任何错误迹象校正越来越好。看来这个项目会继续。与此同时，谷歌的工程师将致力于改进他们的量子位，以产生更少的量子位错误，这也可能让更多的量子位互连。他们还希望缩小控制盒链计算机，每个可以处理20个量子比特及其相关电路，因此需要三个控制箱来运行Sycamore53个量子比特.如果他们的系统增长到大约1,000个量子位，其冷却需求将超过那些巨大的银圆柱体的容量。在谷歌从事量子硬件和架构工作的朱利安·凯利(JulianKelly)表示，该公司的公告首先是一项工程成就，但它可能会开辟未开发的领域。他说：“我们已经证明，量子硬件可以做极其困难的事情，而且我们正在以前没有人能够试验过的领域开展工作。”“然而，这种进步的影响是不确定的，因为我们才刚刚进入这个门槛。”
