最近，量子計(jì)算領(lǐng)域兩大“神仙”因?yàn)榱孔佑?jì)算的問(wèn)題發(fā)生激烈交鋒。作為作為量子計(jì)算的領(lǐng)頭羊，谷歌聲稱(chēng)量子計(jì)算用200秒可以解決的問(wèn)題，而超算則需要10000年。

言論一出，這邊量子計(jì)算機(jī)的另一個(gè)核心玩家IBM當(dāng)即表示看不過(guò)去，急于搶坐頭把交椅也要實(shí)事求是吧？其直接公開(kāi)批評(píng)谷歌的說(shuō)法有誤導(dǎo)性，計(jì)算方式有bug，現(xiàn)代超算根本不需要花費(fèi)那么長(zhǎng)的時(shí)間。

特朗普大女兒伊萬(wàn)卡官宣：

美國(guó)率先實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)

谷歌在《自然》(Nature)150周年紀(jì)念特刊上發(fā)表的一篇論文中正式聲明，其位于加州圣巴巴拉的研究實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”，這也是科學(xué)家們自上世紀(jì)80年代以來(lái)一直在努力實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，對(duì)于這一成果甚至連特朗普的大女兒伊萬(wàn)卡都忍不住第一時(shí)間發(fā)出賀電。

谷歌發(fā)表在《自然》雜志上的論文談到了一項(xiàng)研究：研究人員使用Sycamore——定制的54量子位處理器進(jìn)行試驗(yàn)。谷歌的目標(biāo)是獲得量子霸權(quán)，本質(zhì)上即用量子計(jì)算機(jī)來(lái)處理，普通計(jì)算機(jī)需要非常長(zhǎng)時(shí)間才能完成的任務(wù)。

谷歌的Sycamore處理器大約需要200秒時(shí)間來(lái)采樣一個(gè)100萬(wàn)次的量子電路實(shí)例，根據(jù)當(dāng)前的基準(zhǔn)測(cè)試顯示，即便是最先進(jìn)的傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)，處理同等任務(wù)，也需要大約10000年時(shí)間。

研究人員在論文中寫(xiě)道，“與所有已知的經(jīng)典算法相比，速度上的大幅提高是對(duì)該計(jì)算任務(wù)量子霸權(quán)的實(shí)驗(yàn)性實(shí)現(xiàn)，預(yù)示著人們期待已久的計(jì)算范例。

”谷歌利用自己的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施以及目前全球最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)Summit，來(lái)模擬量子工作并進(jìn)行推斷。

對(duì)于量子霸權(quán)，谷歌更傾向于翻譯為量子優(yōu)越性。量子優(yōu)越性就是在未來(lái)的某個(gè)時(shí)刻，功能強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)可以完成經(jīng)典計(jì)算機(jī)幾乎不可能完成的任務(wù)。比如在一天之內(nèi)破解原本幾萬(wàn)年才能破解的密碼、實(shí)現(xiàn)通用人工智能、快速模擬分子模型。

谷歌CEO桑德?tīng)枴てげ?Sundar Pichai)還難掩激動(dòng)地介紹，這就像飛機(jī)最初被發(fā)明的時(shí)刻，萊特兄弟的飛機(jī)第一次只飛了12分鐘，但它證明了飛機(jī)飛行的可能性。這是一個(gè)歷史性時(shí)刻，谷歌也首次透露，已經(jīng)為此埋頭攻堅(jiān)了13年。

2006年，谷歌科學(xué)家Hartmut Neven開(kāi)始探索一個(gè)新的想法，用量子計(jì)算來(lái)加快機(jī)器學(xué)習(xí)的速度，并催生了谷歌AI量子團(tuán)隊(duì)。2014年，美國(guó)物理學(xué)會(huì)院士John Martinis加入了谷歌，擔(dān)任谷歌量子硬件首席科學(xué)家，領(lǐng)導(dǎo)構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)的工作。

兩年后，量子計(jì)算理論首席科學(xué)家Sergio Boixo在Nature Communications上發(fā)表了相關(guān)論文，最終將團(tuán)隊(duì)的工作重點(diǎn)聚焦到了量子優(yōu)勢(shì)性計(jì)算任務(wù)上來(lái)。

實(shí)際上，在去年10月之前，谷歌在量子優(yōu)越性方面的進(jìn)展始終有限。然而萬(wàn)萬(wàn)沒(méi)想到，2018年10月由于加州野火蔓延，谷歌不得不短暫關(guān)閉位于圣克拉拉的實(shí)驗(yàn)室，一眾科學(xué)家也被迫休假。但就在這期間，反而催生出新思路，然后實(shí)現(xiàn)了真正的躍遷。

除了谷歌之外，包括微軟、英特爾、IBM以及谷歌在內(nèi)的許多科技業(yè)巨頭都在爭(zhēng)奪量子計(jì)算領(lǐng)域的一席之地。最近一項(xiàng)研究顯示，風(fēng)險(xiǎn)投資家已經(jīng)向探索這項(xiàng)技術(shù)的初創(chuàng)企業(yè)投資了超過(guò)4.5億美元。

而中國(guó)在國(guó)家級(jí)量子實(shí)驗(yàn)室上投入了4億美元，近年來(lái)獲得的量子技術(shù)專(zhuān)利幾乎是美國(guó)的兩倍。美國(guó)政府今年也推出了自己的國(guó)家量子計(jì)劃(National Quantum Initiative)，承諾在包括計(jì)算機(jī)在內(nèi)的量子研究領(lǐng)域投入12億美元。

IBM公開(kāi)質(zhì)疑：“量子霸權(quán)”是誤導(dǎo)！

超算解決問(wèn)題只需要2天半

谷歌的這一表態(tài)卻遭到了IBM公開(kāi)質(zhì)疑，IBM研究人員稱(chēng)，量子計(jì)算機(jī)并不是傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的“霸權(quán)”，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室所做的實(shí)驗(yàn)旨在實(shí)施一種非常具體的量子采樣程序，而沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用。

IBM博客指出，谷歌在估算經(jīng)典超算需要10000年來(lái)計(jì)算的估算上出了問(wèn)題，而IBM的方法可以讓超算在2.5天內(nèi)以更高的保真度完成相同計(jì)算任務(wù)。這還是“保守的、最壞情況”的估計(jì)，其他研究能進(jìn)一步減少時(shí)間。

而谷歌10000年的估算，是基于一個(gè)錯(cuò)誤的假設(shè)，即在經(jīng)典計(jì)算機(jī)中運(yùn)行問(wèn)題的量子模擬所需要的RAM會(huì)非常高。谷歌用時(shí)間來(lái)彌補(bǔ)空間的不足，才估計(jì)出10000年的時(shí)間。

五位IBM研究人員還發(fā)表了一篇論文《Leveraging Secondary Storage to Simulate Deep 54-qubit Sycamore Circuits》來(lái)支持其看法。

“量子霸權(quán)”的概念展示了量子計(jì)算機(jī)獨(dú)有的資源，比如直接達(dá)到糾纏和疊加。但是，經(jīng)典計(jì)算機(jī)擁有自己的資源，如硬件中的存儲(chǔ)層次結(jié)構(gòu)和高精度計(jì)算、各種軟件資產(chǎn)以及廣泛的算法知識(shí)庫(kù)，在將量子（計(jì)算機(jī)）與經(jīng)典（超級(jí)計(jì)算機(jī)）進(jìn)行比較時(shí)，利用所有這些功能非常重要。

當(dāng)與經(jīng)典計(jì)算機(jī)進(jìn)行比較時(shí)，他們依賴于先進(jìn)的仿真，該仿真利用了并行性、快速且無(wú)錯(cuò)誤的計(jì)算以及龐大的聚合RAM，但未能充分考慮大量的磁盤(pán)存儲(chǔ)。

量子真正令人激動(dòng)的地方在于，宇宙從根本上是以量子方式進(jìn)行運(yùn)作的，因此通過(guò)量子，你可以更好地理解自然。我們現(xiàn)在仍處于早期，但量子力學(xué)的未來(lái)是賦予我們模擬分子、分子過(guò)程的能力，這將是量子最具優(yōu)勢(shì)的領(lǐng)域。

但要真正應(yīng)用量子卻還有很長(zhǎng)的路要走。為了使量子能夠?qū)ι鐣?huì)產(chǎn)生積極影響，當(dāng)前的任務(wù)是繼續(xù)構(gòu)建并推廣更強(qiáng)大的可編程量子計(jì)算系統(tǒng)，并且這個(gè)系統(tǒng)還應(yīng)該可以復(fù)用且可靠地實(shí)現(xiàn)各種量子演示、算法和程序，這是在量子計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)實(shí)際解決方案的唯一途徑。

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