200秒=10,000年的超级计算。谷歌的量子霸权论文一上架就被撤回，引发全球热议。量子计算机完成一次计算需要3分20秒，世界上最强大的超级计算机Summit需要1万年。这项来自谷歌最新量子计算研究的成果发表在了NASA的官方网站上。该论文宣布“量子至上”已经实现。英国政府量子技术顾问史蒂夫·布赖尔利表示：“这是第一次有人证明量子计算机实际上可以超越经典计算机，这是一个了不起的成就。此外，美国民主党总统候选人安德鲁·杨，转发这条推文，引起强烈关注，一天5100人点赞：大不了，至少说明没有破解不了的密码。虽然没过多久NASA就把这篇论文拿下了，但也正因为如此，人类对谷歌的新成果更加好奇。一窥论文NASA匆忙撤回了这篇论文，但我们仍然可以从网络缓存中窥见其内容。谷歌在论文摘要中表示：我们使用可编程处理器，拥有53个超导量子比特，占据253≈1016的状态空间。重复实验的测量采样对应的概率分布。我们使用经典模拟进行验证。Wh如果我们的处理器对一百万个量子电路实例进行采样需要大约200秒，而先进的超级计算机执行同等任务需要大约10,000年。这种巨大的加速通过实验实现了相对于所有已知经典算法的计算任务中的量子霸权，并预示着期待已久的计算范式的出现。在摘要中，谷歌揭示了这台量子计算机强大的原因。由于量子力学中物体的状态在希尔伯特空间中演化，仅需53个量子比特就可以模拟1016种状态，而这个数字已经超过了当今超级计算机的计算能力（一般相当于50个量子比特）。重点是虽然谷歌实现了72位量子位的芯片，但这和72位位的量子计算机是有区别的。谷歌Bristlecone芯片采用9个相同模式的量子比特耦合，然后依次向外扩展。它没有实现两个量子比特之间的耦合。量子计算机的实际应用也面临诸多问题。由于0和1两种状态之间的能量差太小，因此需要将其降低到接近绝对零，以防止它被热量破坏。此外，粒子间状态的耦合也有时间限制。随着时间的推移，两个粒子将不再“连贯”。在进行量子计算实验时，所有的量子运算都必须在量子退相干之前完成，以保证量子运算的保真度，否则运算结果将不再可信。今年3月，谷歌在一篇论文中给出了如下量子计算机演进的概念图：这张图展示了量子计算的错误率与量子比特数之间的关系。谷歌量子人工智能实验室的预期研究方向为图中红色曲线。他们希望通过构建纠错量子计算机来降低错误率，从而将这项技术推向右下角的绿色可用区域。什么是量子霸权？量子霸权，也叫量子霸权，是指在未来的某个时刻，强大的量子计算机可以完成经典计算机几乎不可能完成的任务。比如破解需要数万年才能一日破解的密码，实现通用人工智能，快速模拟分子模型等。之所以提出这个假说，是因为量子计算机的发展似乎遵循着“奈文定律”，而经典计算机则遵循着“摩尔定律”。△提出内文定律的HartmutNevenMoore'sLaw为大众所熟知，即计算机芯片的晶体管密度每18个月翻一番，计算能力翻一番。这是指数增长的规律。但近年来，随着晶体管的尺寸逐渐逼近物理学的极限，这一定律已经放缓甚至失效。谷歌量子人工智能实验室负责人HartmutNeven认为，量子计算机的速度正在以双指数的速度增长。双指数是指数之上的指数，形式如下：Neven认为量子计算机相对于经典计算机有两个指数优势：首先，量子比特相对于普通比特具有效率优势。如果一个量子电路有4个量子位，那么需要一个16个普通位的经典电路才能达到等效的计算能力。其次，量子芯片也在快速进步。谷歌的量子芯片正以指数级速度发展，这种快速的提升得益于量子电路中错误率的降低。而降低错误率可以帮助我们构建更大的量子芯片。双指数的增长速度比指数函数要快得多，因此谷歌认为，虽然量子计算机的速度远远落后于经典计算机，但总有一天会超过后者。这不仅仅是谷歌研究人员的自我推销。事实上，谷歌实验室也在以双指数速度推进：去年12月，一台笔记本电脑可以模拟谷歌最好的量子计算机；只有功能强大的台式电脑才能与之匹敌；而到今年2月，经典计算机的速度已经无法匹敌量子计算机，无法再模拟后者。为什么由NASA发表或许你会好奇，为什么Google的论文发表在NASA的官网上。事实上，谷歌在去年就已经与NASA合作立下flag：要在今年实现所谓的量子霸权，即让量子计算机的计算能力远超经典计算机。2018年7月，谷歌宣布与NASA建立合作伙伴关系，计划将量子计算机的结果与经典模拟进行比较，以实现所谓的“量子霸权”，而谷歌当时的预测在今年就可以实现。双方使用的量子芯片名为Bristlecone，共包含72个量子比特。由于Bristlecone需要将超导电路保持在绝对零附近，因此它不能从Google的实验室移出。NASA研究人员只能通过谷歌的云API远程连接到Bristlecone。双方将共同研究如何将“各种各样的优化和采样问题”映射到Bristlecone量子计算系统。根据双方的协议，今年年初，他们编写了在NASA最强大的超级计算机Pleiades上运行这些模拟所需的软件，并在合同签署12个月后，即今年7月，他们将量子电路模拟与谷歌的进行了比较。量子计算机硬件的结果。尽管谷歌和NASA都非常乐观，但也有一些业内人士想摔下这面旗帜。阿里巴巴数据基础设施和搜索技术部门的研究人员发表了一篇论文，认为实现量子霸权可能需要错误率更低的量子芯片。南加州大学量子信息科学与技术中心主任DanielLidar也持怀疑态度。他接受了麻省理工科技评论并表示：“（实现量子霸权）似乎需要其他方式来抑制错误。”如果这篇论文通过同行评审，意味着谷歌和美国宇航局的旗帜没有倒下，量子计算将进入一个新时代。创造历史几十年来，量子计算领域一直笼罩在一个强有力的假设中：任何其他类型的计算机都可以高效地执行经典计算机也可以高效执行的计算。这个假设来自“扩展教会图灵论文”。今天，谷歌的量子计算机完成计算需要3分20秒，而交给世界第一超级计算机Summit需要大约1万年的时间。这打破了人类的猜想。谷歌表示：这标志着首次只能使用量子处理器进行的计算。这是全面量子计算道路上的一个里程碑。量子机器的计算能力将以双指数的速度增长。当然，这种史无前例的成就不仅仅是谷歌自己的狂欢。SteveBrierley是英国政府的量子技术顾问，在该领域工作了20年，是量子软件初创公司Riverlane的创始人。他强调：第一次有人证明了量子计算机的性能真的可以超越经典计算机。这是一个了不起的成就。走到场外，美国民主党总统候选人杨安泽是这样说的：谷歌成就量子霸权是件大事。除此之外，这至少意味着没有牢不可破的密码。他的推文已经获得了5100个赞。没过多久，杨又补充了一句：我们的加密技术要跟上。这条推文又获得了3,200个赞。下一步？量子霸权已经实现，但故事还没有结束。在许多人看来，量子霸权是一个人为的里程碑：证明量子计算机在任何任务中都超越了经典计算机。任何任务都可以，不一定有实际意义。例如，谷歌对量子计算机的任务是识别随机数生成器是否真的随机。因此，在一个里程碑之后，还有另一个里程碑要赶。PracticalIBM的量子计算战略负责人RobertSutor提到了一个“量子优势（QuantumAdvantage）”的概念，这是一个实用的里程碑：量子优势是在真实的应用场景中（比如金融服务、AI、化学里面），量子计算机比任何经典计算机做得更好。作为谷歌的对手，IBM一直在探索量子计算的应用，并在这方面与摩根大通和奔驰进行了合作。最近，他们还在网上开通了一台53位的通用量子计算机。IBM表示，他们不使用量子霸权这个词，也不在乎。然而，谷歌研究院和加州理工学院的理论物理学家FernandoBrand?o认为，在实现量子霸权之前，量子计算机无法做任何有趣的事情。现在，即使量子计算机完成的任务还不实用，研究人员也可以从中学习并在未来开发出更有用的量子计算机。2018年，波士顿咨询公司（BCG）发布报告称，量子计算机可以改变很多领域的游戏规则：比如密码学和化学，对化学的影响将广泛影响材料科学，以及农业和药品。更不用说人工智能和机器学习了。此外，物流、制造、金融、能源……也会有新的应用。全世界都在期待着这个未来。容错率的下一个里程碑是创建容错量子计算机。这样的计算机可以实时纠正计算中的错误，原则上可以实现无错误的量子计算。目前主流的方法叫做“SurfaceCode”。每个执行计算的“逻辑”量子位必须由数千个纠错量子位支持。这远远超出了目前量子计算的最强计算能力。因此，量子计算是否需要容错也是一个值得探讨的问题。来自谷歌的FernandoBrand?o说：有很多想法可以去，但没有一个方向是确定的。OneMoreThing然而，在走向未来之前，关于这项研究还有一个直击灵魂的问题：如果超级计算机需要一万年的时间来计算，我们如何才能知道量子计算机得到的结果是正确的？论文缓存地址：https://filebin.net/k5rr4l0p6ldde7hr/Quantum_Supremacy_Using_a_Programmable_Superconducting_Processor.html
