在最近發(fā)表在《自然》雜志上的一篇論文中，谷歌研究人員聲稱，他們?cè)O(shè)計(jì)了一種量子處理器，可以在最先進(jìn)的經(jīng)典超級(jí)計(jì)算機(jī)上完成一項(xiàng)需要1萬年才能完成的任務(wù)。谷歌的說法并不能完全說服IBM的研究人員，他們認(rèn)為這種量子任務(wù)的理想模擬只需要在經(jīng)典計(jì)算機(jī)上工作2.5天，并提供更高的保真度。

谷歌選擇通過對(duì)偽隨機(jī)量子電路的輸出進(jìn)行采樣來展示其量子優(yōu)越性，該電路產(chǎn)生了一組具有一定概率分布的比特串。這個(gè)任務(wù)有一個(gè)即時(shí)應(yīng)用程序，可以生成可驗(yàn)證的隨機(jī)數(shù)。谷歌研究人員使用他們的53量子位Sycamore處理器，展示了一個(gè)量子電路100萬次的例子，需要200秒來采樣。

谷歌的研究人員表示，同樣的任務(wù)需要1萬年才能在經(jīng)典計(jì)算機(jī)上模擬出同樣的量子電路。

與所有已知的經(jīng)典算法相比，這種快速增長是這種特定計(jì)算任務(wù)量子優(yōu)勢(shì)的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)，表明了一種備受期待的計(jì)算范式。

除了發(fā)揮基準(zhǔn)的作用，在經(jīng)典計(jì)算機(jī)上的模擬也被用來證明量子處理器產(chǎn)生的結(jié)果的正確性，通過其保真度來衡量。谷歌設(shè)置經(jīng)典模擬的方式非常簡單。事實(shí)上，模擬量子計(jì)算機(jī)在合理的時(shí)間內(nèi)使用多達(dá)43個(gè)量子比特的量子電路是可行的。這是因?yàn)橛锌赡苁褂米銐虼蟮膬?nèi)存來模擬243個(gè)量子態(tài)。谷歌研究人員表示，一旦達(dá)到最大可用內(nèi)存限制，就需要在分布式系統(tǒng)上運(yùn)行該算法，以模擬更大的量子數(shù)，成本將不可避免地成倍增加。此外，他們表示，未來量子模擬算法的任何改進(jìn)都可能被大型量子處理器的硬件改進(jìn)所抵消。

谷歌實(shí)驗(yàn)的關(guān)聯(lián)性不僅僅是理論上的，還有它對(duì)量子霸權(quán)的影響。事實(shí)上，量子門錯(cuò)誤率對(duì)保真度有很大的影響，這是量子計(jì)算中的一個(gè)主要問題，因?yàn)槿狈m錯(cuò)技術(shù)意味著噪聲會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)量并誘發(fā)誤差。因此，證明了實(shí)現(xiàn)高保真的可能性，即。低誤碼率對(duì)于量子計(jì)算在實(shí)際量子處理器中的未來發(fā)展具有重要意義。這也是非常重要的，因?yàn)橐恍┘夹g(shù)進(jìn)步是這個(gè)實(shí)驗(yàn)成功的必要條件。作者特別提出了三個(gè)基本突破：快速高保真的發(fā)展；基于交叉熵的量子處理器校準(zhǔn)和基準(zhǔn)測(cè)試新技術(shù)：以及擴(kuò)展到更大系統(tǒng)時(shí)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)量子信息行為的能力。

有了這些結(jié)果，谷歌研究人員聲稱他們證明了兩個(gè)不同的結(jié)果：量子處理器可以在足夠大的量子空間中執(zhí)行任務(wù)，并且錯(cuò)誤率足夠低；計(jì)算任務(wù)對(duì)于量子處理器來說很容易，對(duì)于經(jīng)典計(jì)算機(jī)來說很難。這兩個(gè)中間結(jié)果是谷歌研究人員聲稱他們已經(jīng)證明了量子優(yōu)越性的原因。

第二點(diǎn)遭到IBM研究人員的反對(duì)。在提交給量子物理學(xué)的第二篇論文中，他們展示了如何使用二次存儲(chǔ)來擴(kuò)展可以在經(jīng)典系統(tǒng)上實(shí)際模擬的量子電路的范圍，并用IBMOak Ridge國家實(shí)驗(yàn)室超級(jí)計(jì)算機(jī)證明了他們的結(jié)果。具體來說，他們說，一個(gè)擁有53和54個(gè)量子位的懸鈴木電路可以在幾天內(nèi)以高保真度進(jìn)行模擬。

當(dāng)【谷歌研究人員】與經(jīng)典進(jìn)行比較時(shí)，他們依賴于一種先進(jìn)的模擬，這種模擬使用并行、快速和無錯(cuò)誤的計(jì)算以及大的聚合RAM，但沒有充分考慮豐富的磁盤存儲(chǔ)。相反，我們的薛定諤式經(jīng)典模擬方法使用RAM和硬盤空間來存儲(chǔ)和操作狀態(tài)向量。

在他們的論文中，IBM的研究人員也在為量子霸權(quán)更激進(jìn)的哲學(xué)立場(chǎng)辯護(hù)，盡管聲稱“量子霸權(quán)”這個(gè)詞由于其根本的誤解而引起了混亂。

量子計(jì)算機(jī)永遠(yuǎn)不會(huì)主宰“至高無上”的經(jīng)典計(jì)算機(jī)，而是與它們協(xié)同工作，因?yàn)槊恳慌_(tái)都有自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

IBM的研究人員并不是唯一批評(píng)這個(gè)詞的人，正如它的最初支持者約翰普雷斯基爾在最近的一篇文章中總結(jié)的那樣。在談到谷歌的成功實(shí)驗(yàn)時(shí)，普雷斯基爾強(qiáng)調(diào)了使用這個(gè)術(shù)語不能為量子計(jì)算提供偉大服務(wù)的一種方式：

正如谷歌團(tuán)隊(duì)所承認(rèn)的，問題是他們的機(jī)器以驚人的速度解決的問題都是經(jīng)過精心挑選的，只是為了顯示量子計(jì)算機(jī)的優(yōu)越性。否則，這不是一個(gè)具有重大現(xiàn)實(shí)意義的問題。

其他人，雖然已經(jīng)比較活躍了。在《紐約時(shí)報(bào)》的一次采訪中，德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的計(jì)算機(jī)科學(xué)家斯科特阿倫森(Scott Aronson)在發(fā)表之前回顧了谷歌的論文。他將谷歌的聲明比作萊特兄弟在1903年的首次飛機(jī)飛行：

最初的萊特飛機(jī)不是一架有用的飛機(jī)，但它的設(shè)計(jì)是為了證明這一點(diǎn)。證明了這一點(diǎn)。

總而言之，要說谷歌的成就是否會(huì)被載入量子計(jì)算的史冊(cè)，似乎還為時(shí)過早。人們似乎普遍認(rèn)為，谷歌的成就代表了實(shí)用量子計(jì)算機(jī)進(jìn)化的關(guān)鍵一步，這為制造和使用高噪聲的中等規(guī)模量子計(jì)算機(jī)以實(shí)現(xiàn)更令人信服的應(yīng)用開辟了道路。

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