極客網(wǎng)·極客觀察(小刀)  11月1日 相信你已經(jīng)聽說谷歌宣稱在量子計算方面取得突破，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”。最強(qiáng)超級計算機(jī)要10000年完成的計算量，量子計算機(jī)只要200秒就能解決。量子計算的厲害之處可見一斑。什么是量子霸權(quán)？量子計算為何重要？谷歌量子計算到底發(fā)展到什么地步？為什么IBM表示不服？今天就隨極客網(wǎng)來探究一番。

什么是量子計算和量子霸權(quán)？

在我們的日常生活中，事件的可能性可以用0-100%來劃分，沒有負(fù)值，所以我們不會說有-30%的可能性會下雨。當(dāng)我們搭建物理塊時，比如用電子、光子搭建，它們遵守的可能性原則完全不同，這就涉及到另一個概念“amplitudes”（幅值），這個值有正、有負(fù)，甚至有可能更復(fù)雜。如果某事件可以以正幅值的形式發(fā)生，也可以以負(fù)幅值的形式發(fā)生，那么它的可能性就會消失，因?yàn)榭偡悼赡苁?，事件永遠(yuǎn)不會發(fā)生。就這是所謂的“量子干涉”，量子世界正是根據(jù)這樣的奇怪規(guī)則建立的。

假設(shè)有1000個量子比特，它們?nèi)紩嗷プ饔?，根?jù)量子力學(xué)的游戲規(guī)則，1000個量子比特的每一種可能搭配方式都會有一個幅值。1000個量子比特能同時處于2種至1000種狀態(tài)中，約有10的300次方種可能性，而宇宙中只有10的80次方個原子。

傳統(tǒng)計算機(jī)使用0或者1的比特來存儲不同信息，量子計算機(jī)使用量子比特存儲信息。量子比特存儲的信息可能是0、可能是1，也有可能既是0也是1。量子力學(xué)認(rèn)為，一個原子可以同時處于兩種狀態(tài)。1個量子比特可以存儲2種狀態(tài)的信息，也就是0和1；2個量子比特就可以存儲4種狀態(tài)的信息，3個8種，4個16種。

谷歌量子計算機(jī)有53個量子比特，有2的53次方種狀態(tài)，約為9 quadrillion（千萬億，1后面15個0）?？茖W(xué)家相信，用谷歌量子計算機(jī)完成計算時，它走1步，傳統(tǒng)計算機(jī)要走9千萬億步。

那么什么是“量子霸權(quán)”呢？其實(shí)谷歌管它叫量子優(yōu)勢，不叫量子霸權(quán)，指的是量子計算的計算力超越經(jīng)典計算機(jī)。

谷歌真的實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)了嗎？

谷歌宣稱已經(jīng)實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”，全球媒體專家都是怎樣看的？我們收集幾個媒體的重要觀點(diǎn)，讓大家深入了解一下，量子計算到底意味著什么？谷歌是否真的實(shí)現(xiàn)了量子霸權(quán)？

Vox：小塊頭也有大能力，谷歌量子計算機(jī)只有一張床大小

量子霸權(quán)這個術(shù)語是2012年提出來的，意思就是說量子計算機(jī)可以做一些事，但經(jīng)典計算機(jī)跟不上它的速度。簡單來說就是量子計算機(jī)的計算速度比常規(guī)計算機(jī)快很多。不過有許多人表示懷疑，認(rèn)為量子計算機(jī)可能無法完成實(shí)際計算。

目前世界最快的經(jīng)典計算機(jī)名叫Summit，歸IBM所有，它有兩個籃球場那么大。谷歌量子計算機(jī)很小，可能只有一張床那么大，名叫Sycamore。谷歌給Sycamore一個特殊的問題，讓它解決，這個問題叫“隨機(jī)電路建?！眴栴}。

谷歌聲稱解決同樣的問題經(jīng)典計算機(jī)要1萬年，而Sycamore量子計算機(jī)只要200秒。IBM表示懷疑，它認(rèn)為最強(qiáng)大的超級計算機(jī)解決此問題只要兩天半。

即使是這樣，谷歌的成就也不容忽視。經(jīng)典計算機(jī)要兩天半解決的問題，量子計算機(jī)只要200秒。如果谷歌量子計算機(jī)更大一些，有70個量子比特，經(jīng)典計算機(jī)要像它一樣強(qiáng)大，體積可能有一個城市那么大。

在量子計算領(lǐng)域，在過去一段時間IBM一直是領(lǐng)先者，它并沒有將“量子霸權(quán)”當(dāng)成追求的目標(biāo)。為什么？因?yàn)镮BM認(rèn)為所謂量子霸權(quán)只是一個人為設(shè)定的基準(zhǔn)，即使你跨過了基準(zhǔn)線，它可能還是沒什么用。

Gizmodo：量子計算也會犯錯，對計算環(huán)境要求苛刻

盡管谷歌取得技術(shù)突破，但量子計算機(jī)還是會犯錯。與外部世界的任何一點(diǎn)作用都可能會讓量子比特出現(xiàn)錯誤。但谷歌的實(shí)驗(yàn)向我們證明，當(dāng)量子比特越來越多時，人類預(yù)測錯誤的能力也會越來越強(qiáng)。

谷歌科學(xué)家Marissa Giustina說：“我們已經(jīng)證明，我們能夠理解這些錯誤。這是一個重要的工程、物理突破?！?/p>

當(dāng)你接觸量子計算程序，你會通過常規(guī)計算機(jī)界面來操縱，發(fā)出脈沖，它可以改變量子比特的賦值，和五線譜上的音符有點(diǎn)像。完成操作后，研究人員向我展示發(fā)送的脈沖是怎樣的形狀。

無論怎樣，在科學(xué)層面，谷歌已經(jīng)向我們展示更大、更復(fù)雜的量子系統(tǒng)，比之前的量子計算機(jī)都要復(fù)雜。從計算層面看，我們已經(jīng)進(jìn)入陌生領(lǐng)地，在這里量子計算機(jī)已經(jīng)是可見可摸的設(shè)備，它能做經(jīng)典計算機(jī)做不了的事。

難怪Marissa Giustina說：“現(xiàn)在我們已經(jīng)進(jìn)入計算新領(lǐng)域，通過其它工具你進(jìn)不了。”

麻省理工技術(shù)評論：谷歌與IBM爭了起來，后者的經(jīng)典計算機(jī)也很強(qiáng)大

“量子霸權(quán)”最初是由加州理工學(xué)院科學(xué)家John Preskill提出的，他認(rèn)為，在挑選問題時谷歌的選擇面很窄，它選了量子計算機(jī)擅長而經(jīng)典計算機(jī)不擅長的問題。John Preskill說：“量子計算幾乎沒有架構(gòu)，所以經(jīng)典計算機(jī)很難跟上，正因如此，量子計算提供的答案在信息方面嚴(yán)重不足。”

另外，谷歌在模擬時不能簡單將量子計算代碼移植到經(jīng)典計算機(jī)上。當(dāng)模擬的量子比特增加時，難度也會增加，而且是指數(shù)級增加。正因如此，才會有各種各樣的代碼優(yōu)化技術(shù)出現(xiàn)，只有利用這些技術(shù)才能獲得足夠好的結(jié)果。

IBM研究人員提出一種方法，用這種方法計算，經(jīng)典計算機(jī)只要兩天半就能完成谷歌所說的任務(wù)，如果稍作優(yōu)化，時間會更短。

關(guān)鍵差異在哪里呢？在硬盤。用經(jīng)典計算機(jī)模擬量子計算機(jī)，需要處理海量數(shù)據(jù)。內(nèi)存如果越小，你就要將任務(wù)劃成更多的部分，需要的時間也就會更長。谷歌高度依賴RAM，用RAM來存儲數(shù)據(jù)，IBM既用到了RAM，也用到了硬盤。IBM還說可以用其它經(jīng)典計算機(jī)優(yōu)化技術(shù)（硬件和軟件技術(shù)）來提升速度。IBM雖然給出了方法，但它并沒有真正測試，所以我們不能判斷效果到底是否真像它說的那樣好。

爭論真的重要嗎？可以說是，也可以說不是。正如Preskill所說的，谷歌解決的問題幾乎沒有什么實(shí)際用處，即使谷歌量子計算機(jī)再大一些，解決最狹窄的經(jīng)典問題時也要很長時間。想用量子計算機(jī)破解現(xiàn)代編碼，至少還要等幾十年。

盡管如此，Preskill還是認(rèn)為達(dá)到“有限量子霸權(quán)”仍然重要，它意味著我們離實(shí)用量子計算機(jī)又近了一些。

彭博社：有突破也有風(fēng)險，加密技術(shù)可能會被瓦解

谷歌量子計算也給我們帶來一些風(fēng)險。首先，全球?qū)⒘孔佑嬎愀傎悓M(jìn)一步升溫，后果無法預(yù)測。去年，美國總統(tǒng)特朗普簽署一項(xiàng)命令，投入11億美元，優(yōu)先發(fā)展量子計算技術(shù)，這只是開始。如果美國想在量子計算領(lǐng)域繼續(xù)成為全球領(lǐng)導(dǎo)者，必須做更多事。

還有一個擔(dān)心，當(dāng)先進(jìn)的量子計算機(jī)到來時，保護(hù)全球數(shù)字世界的加密技術(shù)可能會被瓦解。這些加密系統(tǒng)以精深的數(shù)學(xué)問題作為基礎(chǔ)，但從理論上說，難題在量子計算機(jī)面前形同兒戲。安全研究人員已經(jīng)意識到問題的存在，他們正在努力開發(fā)“后量子”系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)。

毫無疑問，量子計算時代會從許多錯誤、從希望的破滅、從難以克服的困難開始。谷歌已經(jīng)向我們證明量子計算技術(shù)正在進(jìn)步，以一個量子比特一個量子比特的速度前進(jìn)，走向奇怪的未來。

世界經(jīng)濟(jì)論壇：量子計算應(yīng)用廣闊，前景光明

有了量子計算技術(shù)，我們可以構(gòu)建全新互聯(lián)網(wǎng)，用量子比特而非比特構(gòu)建。對于加密通信來說，量子計算技術(shù)也很重要，因?yàn)榱孔油ǖ揽梢宰寕鬏斪兊酶踩?/p>

除此之外，量子計算技術(shù)還可以用在機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域，相比經(jīng)典計算機(jī)，量子計算機(jī)的計算速度更快。有人相信，在未來6-12個月，量子計算就會在“機(jī)器學(xué)習(xí)”領(lǐng)域獲得“量子霸權(quán)”。

量子計算的應(yīng)用前景幾乎無窮無盡，加密、機(jī)器學(xué)習(xí)、化學(xué)、優(yōu)化、通信等行業(yè)都用得上。這還只是開始，研究人員正在努力，看看如何將量子計算與其它行業(yè)結(jié)合。

谷歌量子計算機(jī)解決的問題沒有任何實(shí)際意義，它只是向我們證明量子計算潛力無限，在未來幾年里，人類也許就會解放這種能力。

南華早報：中國量子計算正在追趕美國

2018年，阿里巴巴推出量子計算云，系統(tǒng)裝備的量子處理器有11個量子比特，當(dāng)時它是世界第二快的量子計算機(jī)，只比IBM量子計算機(jī)（20個量子比特）慢一些。

同樣在2018年，百度也建立自己的量子計算研發(fā)中心，由教授Duan Runyao主管，他曾說要在2023年之前將百度量子計算機(jī)研究院變成世界一流研究院。

另外，中國已經(jīng)在合肥設(shè)立國家量子計算中心。

到目前為止，在量子比特的增加上，西方比中國領(lǐng)先。雖然這次谷歌展示的Sycamore有54個量子比特（其中一個沒有工作），但去年谷歌曾經(jīng)說過它開發(fā)出72位量子芯片。很快IBM也會向客戶開放53位量子計算機(jī)。

量子比特的數(shù)量代表一切嗎？不是的。要讓計算任務(wù)完美完成，量子比特必須正常運(yùn)行。在現(xiàn)實(shí)狀態(tài)中，它經(jīng)常犯錯，需要修正，量子比特越多，修正越難。

總之，在量子計算領(lǐng)域，谷歌已經(jīng)成為第一名，但中國企業(yè)正在快速追趕。

以上就是極客網(wǎng)分析解讀，并收集整理的一些國外媒體對量子計算及谷歌量子霸權(quán)的看法，對此你有什么高見？歡迎與我們分享。

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