谷歌认为它已经找到了开发容错量子计算机的方法。谷歌的研究人员今天在《自然》杂志上发表了他们在量子计算方面的最新成果，展示了其新的Sycamore处理器如何能够在短短200秒内完成世界上最大的超级计算机需要10,000年才能完成的任务。测试计算。上个月通过NASA官方网站泄露了这篇论文的消息，详细说明了谷歌实现了它所谓的“量子霸权”：当量子计算机能够解决经典计算机需要花费太长时间才能解决的问题时，只有在以下情况下才能实现量子霸权它不能被认为是一个实际问题。本周，在广告巨头谷歌的研究人员未能说明经典计算机上的“大量磁盘存储”和其他资产后，IBM对谷歌声称已实现量子霸权的说法提出质疑。IBM的研究人员声称，谷歌解决的挑战将花费传统计算机两天半的时间，而不是10,000年。IBM研究人员写道：“自从JohnPreskill于2012年创造‘量子霸权’一词来描述量子计算机可以做一些经典计算机无法做的事情时，这个门槛还没有达到。”IBM最近宣布将于10月中旬推出其53量子比特系统，因此它关心的是不被谷歌的研究赶超。“谷歌的实验有力地证明了基于超导的量子计算取得的进展，展示了53量子位设备上最先进的门保真度，但这不应被视为量子计算的证明，”IBM的人们说。明显优于‘经典计算机’。”谷歌CEO桑达尔·皮查伊(SundarPichai)仍然声称，谷歌的工作是“量子计算、量子至上的重大突破”。对于极客们，皮查伊将其描述为“这是‘你好世界’”我们一直在等待的那一刻——迄今为止在使量子计算成为现实的道路上取得的最有意义的里程碑。“量子计算的美妙之处在于，由于一种称为叠加的量子特性，量子比特可以同时为0和1同时。所以量子计算机上的1和0在任何时候都可以处于四种可能的状态，而不仅仅是经典计算机中的1和1。0。具有54个量子位的量子计算机可能具有254个计算状态；由于它可以呈指数级扩展，因此计算机有望在一天内解决更复杂的挑战。谷歌的研究人员在该公司的AI博客上更详细地描述了Sycamore处理器。标题《使用可编程超导处理器的量子霸权》，整篇博文云头条编译如下：作者：量子硬件首席科学家JohnMartinis，谷歌AI量子团队量子计算理论首席科学家SergioBoixo30多年来，物理学家们已经一直在谈论量子计算的能力，但问题一直是：量子计算技术真的会做有用的工作吗？值得投资吗？对于如此规模的项目，制定决定性的短期目标以证明设计是否朝着正确的方向发展是一种良好的工程实践。因此，我们设计了一个实验，这是帮助回答这些问题的一个重要里程碑。该实验被称为量子霸权实验，为我们的团队提供了方向，以克服量子系统工程中固有的许多技术挑战，以创建可编程的强大计算机。为了测试整个系统的性能，我们选择了一个敏感的计算基准测试：如果计算机的某个部分不够好，基准测试就会失败。为了执行基准测试，我们开发了一种名为“Sycamore”的新型54量子位处理器，它由快速、高保真度的量子逻辑门组成。我们的机器在200秒内完成了目标计算；根据实验测量，我们确定世界上最快的超级计算机需要10,000年才能达到类似的输出。左图：艺术家对安装在低温恒温器中的Sycamore处理器的渲染图。（谷歌常驻AI量子艺术家ForestStearns）右图：Sycamore处理器照片。（ErikLucero，研究科学家兼量子硬件生产负责人）实验为了了解这个基准测试的工作原理，想象一下热情的量子计算新手访问我们的实验室，在我们的新处理器上运行量子算法。他们可以使用基本门操作的小字典编写算法。由于每扇门都有出错的概率，我们的客人希望将自己限制在总共大约1000扇门的适度序列。假设这些程序员之前没有经验，他们可以创建一些实际上看起来像门的随机序列的东西，类似于量子计算机的“helloworld”程序。由于随机电路中没有经典算法可以利用的结构，因此模拟此类量子电路通常需要在经典超级计算机上进行大量工作。量子计算机上的随机量子电路每次运行都会生成一串比特，例如0000101。由于量子干涉，当我们多次重复实验时，某些比特串比其他比特串更容易出现。然而，随着量子比特数（宽度）和门周期数（深度）的增加，在经典计算机上找到随机量子电路最可能的比特变得异常困难。在我们的实验中，我们首先运行具有12到53个量子位的随机简化电路，保持电路深度不变。我们使用经典模拟检查量子计算机的性能，并与理论模型进行比较。一旦我们验证了系统正在运行，我们就运行具有53个量子位并增加深度的随机硬件电路，直到我们达到经典模拟变得不可行的程度。估算量子至上电路的验证时间，这与量子比特数和薛定谔-费曼算法的循环数有关。红星表示实验电路的预估验证时间。结果是内容扩展的Church-Turing论文的第一个实验挑战；该论文声称，任何“合理”的计算模型都可以由经典计算机有效地实现。通过首次无法在经典计算机上合理模拟的量子计算，我们开辟了新的计算领域有待探索。Sycamore处理器量子霸权实验是在一个名为“Sycamore”的完全可编程的54量子位处理器上进行的。该处理器由一个二维网格组成，其中每个量子位都与其他四个量子位相连。因此，该芯片具有足够的连通性，可以使量子位状态在处理器中快速交互，从而使整体状态无法用经典计算机进行有效模拟。量子霸权实验的成功归功于我们改进的双量子位门，增强的并行性即使在同时操作多个门时也能可靠地实现创纪录的性能。我们使用一种新颖的控制旋钮实现了这种性能，该旋钮关闭了相邻量子位之间的相互作用，从而大大减少了该多连接量子位系统中的错误。我们通过优化芯片设计以减少串扰并开发新的可控校准来避免量子比特缺陷，进一步提高了性能。我们在二维正方形网格中设计了电路，每个量子位连接到其他四个量子位。该架构还向前兼容以启用量子纠错机制。我们将54量子比特Sycamore处理器视为一系列更强大的量子处理器中的第一个。显示同时运行的所有量子位的单量子位（e1；交叉块）和双量子位（e2；条）泡利错误的热图。所示布局遵循处理器上量子位的分布。测试量子物理为了确保未来量子计算机的实用性，我们还需要验证不存在量子力学的根本障碍。物理学界在实验上测试理论极限的历史由来已久，因为当人们开始探索具有截然不同的物理参数的新系统时，新现象往往会出现。先前的实验表明，量子力学在高达约1,000个状态空间维度上按预期工作。在这里，我们将该测试扩大到10万亿的规模，并发现一切仍然按预期进行。我们还通过测量双量子位门的误差来测试底层量子理论，发现这准确地预测了标准量子霸权电路的基准测试结果。这表明没有意外的物理因素会降低我们的量子计算机的性能。因此，我们的实验提供的证据表明，更复杂的量子计算机应该根据理论运行，并让我们有信心继续扩大规模。应用领域Sycamore量子计算机是完全可编程的，可以运行通用的量子算法。自从我们的量子霸权在春季取得成果以来，我们的团队一直致力于近期的应用，包括量子物理模拟和量子化学，以及生成式机器学习和其他领域的应用。下一步是什么？我们小组在未来有两个主要目标，都旨在为量子计算寻找有价值的应用。首先，在未来，我们将向合作者和学术研究人员以及有兴趣开发适用于当今NISQ处理器的算法的公司提供我们的量子霸权级处理器。富有创造力的研究人员是最重要的创新资源——现在我们有了一种新的计算资源，我们希望更多的研究人员通过尝试发明有用的技术进入这一领域。第二，我们在团队和技术上投入资源，尽快研制出容错的量子计算机。这种设备有望用于许多重要应用。例如，我们可以设想量子计算有助于设计新材料——用于汽车和飞机的轻型电池、可以更有效地生产肥料的新催化剂（如今这一过程占全球碳排放量的2%以上）以及更有效的药物。获得必要的计算能力仍然需要多年艰苦的工程和科学工作。但我们现在清楚地看到了一条路，我们渴望向前迈进。原文博客：https://ai.googleblog.com/2019/10/quantum-supremacy-using-programmable.html谷歌首席执行官桑达尔·皮查伊（SundarPichai）今天发表了题为《我们的量子计算里程碑意味着什么》的文章。综述了谷歌在量子计算领域取得的重大突破，并对其应用前景进行了展望。（新浪科技译）以下为皮查伊文章全文：今天，《自然》杂志发表了一篇纪念创刊150周年的文章，阐述了谷歌研究团队在量子计算领域的重大突破，被称为“量子优势”（quantumsupremacy）。这是一个技术术语，意味着我们已经在使用量子计算机来解决使用经典计算机需要花费难以想象的时间才能解决的问题。显然，这一刻代表了我们努力利用量子力学原理解决计算问题的一个重要里程碑。在对未来感到兴奋的同时，我们也为我们走到这一步所走过的旅程感到谦卑。我们铭记伟大的“诺贝尔奖”获得者理查德·费曼留给我们的至理名言：“如果你认为你了解量子力学，那你就是不了解量子力学。”在许多方面，构建量子计算机的努力是关于我们周围世界尚不了解的所有事物的重要教训。虽然宇宙基本上是在量子层面上运行的，但人类并没有那样体验它。事实上，量子力学的许多原理直接与我们对自然界的肤浅观察相矛盾。然而，量子力学的本质具有巨大的计算潜力。传统计算机中的位可以将信息存储为0或1，而量子位(qubit)可以同时为0和1，这种特性称为叠加。所以如果你有两个量子比特，你可以叠加四种可能的状态。显然，这种计算状态将“呈指数级增长”。对于333个量子位，将有2^333，或1.7x10^100个计算状态。你可以将它们堆叠在一起，让量子计算机同时探索许多可能的问题解决方案。随着我们扩展计算的可能性，我们开辟了新的计算。为了证明其优越性，我们的量子计算机仅用了200秒就成功完成了一次测试计算。对于最强大的传统超级计算机，需要数千年才能完成。我们之所以能达到这个速度，是因为我们对量子比特的控制质量。虽然量子计算机容易出错，但我们的实验表明，与经典计算机相比，它们在大规模计算中更不容易出错。对于我们这些从事科技工作的人来说，这是我们一直在等待的“helloworld”时刻，也是迄今为止使量子计算成为现实的最有意义的里程碑。但是，从今天的实验室实验到明天的实际应用，我们还有很长的路要走；我们距离更广泛的现实世界应用还有很多年。对于今天的新闻（量子计算机的突破），我们可以想象，第一枚火箭被制造出来，成功逃离地球引力，到达太空边缘。当时有人问：为什么要上太空才能得到有用的东西？但这是科学的重大突破，因为它让人类可以设想一种完全不同的旅行方式，去月球、去火星，去我们自己以外的星系。它向我们展示了什么是可能的，并将看似不可能的事情变为现实。这就是这个里程碑对量子计算世界的意义：一个充满可能性的时刻。对于谷歌来说，我们用了13年的时间才实现了这一突破。2006年，谷歌科学家HartmutNeven开始探索量子计算如何帮助我们加速机器学习。这项工作促成了我们的GoogleAI量子团队的成立，2014年，JohnMartinis和他在加州大学圣巴巴拉分校的团队加入了我们的团队，共同构建了一台量子计算机。两年后，SergioBoixo发表了一篇论文，重点介绍了我们在定义明确的量子高级计算任务方面所做的努力。现在，该团队已经构建了世界上第一个在这一特定计算中超越传统超级计算机能力的量子系统。我们做出这些早期的赌注是因为我们相信，并且仍然相信，量子计算可以加速解决世界上一些最紧迫的问题，从气候变化到疾病。鉴于自然界的量子力学行为，量子计算为我们提供了在分子水平上理解和模拟自然界的最佳机会。有了这一突破，我们离应用量子计算又近了一步。例如，设计更高效的电池，使用更少的能源制造化肥，以及找出哪些分子可以制造有效的药物。当然，这些应用还需要很多年的时间去探索。但我们承诺，我们将建造这样的量子计算机来为这些发现提供动力。我们一直很清楚，这将是一场行动的“马拉松”，而不是短跑。要构建尚未被证明的东西，没有剧本。如果团队需要一个零件，他们必须自己发明和制造。如果它不起作用（而且经常起作用），他们就必须重新设计和重建它。转折点出现在2018年10月，当时野火在南加州肆虐。我收到一条消息，出于谨慎考虑，他们需要关闭圣巴巴拉实验室几天。我不知道的是，当时球队正在经历一段缓慢的进步时期。但是几天的强制休假帮助团队重新调整思路并以不同的方式思考，几个月后，他们取得了突破。与任何先进技术一样，量子计算也有其自身的问题。在思考这些问题时，我们遵循我们制定的一套AI原则，以帮助指导先进技术中负责任的创新。例如，在谷歌的支持下，安全社区多年来一直致力于“后量子密码学”。我们乐观地认为，在加密的未来方面，我们处于领先地位。我们将继续发表研究成果，并帮助更广泛的社区使用我们的开源框架Cirq开发量子加密算法。我们感谢美国国家科学基金会(NSF)研究人员的支持以及与美国宇航局艾姆斯研究中心和橡树岭国家实验室的密切合作。与互联网和机器学习一样，政府对基础研究的支持对于长期技术成就仍然至关重要。我对量子计算对Google和世界的未来产生的影响感到兴奋。这种乐观情绪部分来自技术本身的性质，从1950年代的“巨型”计算机到今天使用人工智能服务于人们的日常生活。量子计算将极大地补充我们在经典计算机上所做的工作。在许多方面，量子将带来计算的完整循环，为我们提供另一种方式来使用通用语言，理解世界和人类，不仅仅是在1和0中，而是在所有状态中：美丽、复杂和无限的可能性。原博客：https://blog.google/perspectives/sundar-pichai/what-our-quantum-computing-milestone-means论文：《使用可编程超导处理器的量子霸权》
