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谷歌CEO:谷歌量子計算取得重大里程碑

2019-10-24 11:01:57  來源:新浪科技

北京時間10月23日晚間消息,據國外媒體報道,谷歌CEO桑德爾·皮查伊(Sundar Pichai)今日公司網站上發表題為“我們的量子計算里程碑意味著什么”的文章,對谷歌在量子計算領域取得的重大突破進行了回顧,并對其應用前景進行了展望。

皮查伊在文章中稱,谷歌取得這一突破前后共花費了13年的時間。當初之所以押注量子計算,是因為谷歌相信,量子計算可以加速解決一些世界上最緊迫的問題,從氣候變化到疾病。

如今,有了這一突破,人們距離應用量子計算更近了一步。例如,設計更高效的電池,使用更少的能源制造肥料,并找出哪些分子可以制造有效的藥物等等。

皮查伊還將谷歌取得的量子計算突破比作第一枚火箭成功脫離地球引力到達太空邊緣。當時,一些人問道:為什么要進入太空,我們能得到任何有用的東西嗎?但這對科學來說是一個重大的創舉,因為它允許人類設想一個完全不同的旅行,到月球,到火星,到超越我們自己的星系。它向我們展示了什么是可能的,并將看似不可能的事情推上日程。

以下為皮查伊文章全文:

今天,《自然》雜志刊登了創刊150周年的紀念文章,闡述了谷歌研究團隊在量子計算領域取得的重大突破,即“量子優越性”(quantum supremacy)。這是一個專業術語,意思是我們已經開始使用量子計算機來解決問題,這些問題要使用傳統計算機來解決,所需要的時間是不可想象的。顯然,這一刻代表著我們努力利用量子力學原理解決計算問題取得一個重大里程碑。

在對未來感到興奮的同時,我們也為取得這一成就所經歷的旅程感到卑微。我們銘記著偉大的“諾貝爾獎”獲得者理查德·費曼(Richard Feynman)留給我們的智慧:“如果認為你已經了解了量子力學,那么你就不了解量子力學。”

在許多方面,建造一臺量子計算機的努力,是關于我們對周圍世界還不了解的所有事情的一堂大課。雖然宇宙從根本上是在量子水平上運行的,但人類并不是以這樣方式在體驗。事實上,量子力學的許多原理直接與我們對自然的表面觀察相矛盾。但是,量子力學的本性具有極大的計算潛力。

傳統計算機中的一個比特(bit)可以將信息存儲為0或1,而一個量子比特(qubit)可以同時為0和1,這是一種被稱為“疊置”(superposition)的屬性。所以如果你有兩個量子比特,就會有四種可能的狀態,你可以把它們疊加在一起。顯然,這種計算狀態會呈“指數級”增長。對于333個量子比特,會有2^333,或1.7x10^100個計算狀態。你可以把它疊加在一起,允許量子計算機同時探索一個問題可能擁有的許多解決方案。

在我們擴大計算可能性時,我們開啟了新的計算。為了證明其優越性,我們的量子計算機在短短200秒內成功地完成了一道測試計算。而對于傳統的最強大的超級計算機,需要數千年才能完成。我們之所以能夠達到如此快的速度,就是因為我們對量子比特的控制質量。雖然量子計算機很容易出錯,但我們的實驗表明, 它在大規模計算時較少犯錯的能力足以超越傳統計算機。

對于我們這些從事科學技術工作的人來說,這是我們一直在等待的“你好,世界”(hello world)時刻,也是迄今為止量子計算成為現實所取得的最有意義的里程碑。但是,從今天的實驗室實驗到明天的實際應用,我們還有很長的路要走;我們需要很多年才能實現更廣泛的現實應用。

對于今天的這則新聞(量子計算機所取得的突破),我們可以想象當初建造第一枚火箭成功脫離地球引力到達太空邊緣。當時,一些人問道:為什么要進入太空,我們能得到任何有用的東西嗎?但這對科學來說是一個重大的創舉,因為它允許人類設想一個完全不同的旅行,到月球,到火星,到超越我們自己的星系。它向我們展示了什么是可能的,并將看似不可能的事情推上日程。

這就是這個里程碑對量子計算世界的意義:一個可能的時刻。

對于谷歌來說,我們取得這一突破花費了13年的時間。2006年,谷歌科學家哈特穆特·奈文(Hartmut Neven)開始探索量子計算如何幫助我們加快機器學習。這項工作促成了我們的Google AI量子團隊的成立,2014年,加州大學圣巴巴拉分校的約翰·馬丁尼斯(John Martinis)和他的團隊加入到我們建造量子計算機的努力中。兩年后,塞爾吉奧·博伊索(Sergio Boixo)發表了一篇論文,重點闡述了我們在明確定義的量子優越性計算任務上的努力。如今,該團隊已經建立了世界上第一個量子系統,超過了傳統超級計算機在這種特定計算中的能力。

我們之所以做出這些早期的押注,是因為我們相信,現在也依然相信,量子計算可以加速解決一些世界上最緊迫的問題,從氣候變化到疾病。鑒于自然界的量子力學行為,量子計算為我們在分子水平上理解和模擬自然界提供了最好的機會。有了這一突破,我們現在離應用量子計算更近了一步。例如,設計更高效的電池,使用更少的能源制造肥料,并找出哪些分子可以制造有效的藥物。

當然,這些應用還需要很多年的時間來探索。但我們承諾,將建造這樣的量子計算機,為這些發現提供動力。我們一直很清楚,這將是一場“馬拉松”行動,而不是短暫的沖刺。要構建一些還沒有被證明的東西,本來就沒有劇本。如果團隊需要一個部件,他們必須要自己發明并構建它。如果它不起作用(經常會不起作用),他們不得不重新設計和重新建造它。

一個轉折點出現在2018年10月,當時南加州野火肆虐。我收到一條消息,出于足夠的謹慎,他們需要關閉圣巴巴拉(Santa Barbara)實驗室幾天。我不知道的是,當時團隊正經歷一個進展緩慢的時期。但幾天的強制休假幫助團隊重新設置并以不同的方式思考問題,幾個月后,他們取得了這一突破。

與任何先進技術一樣,量子計算也有自己的問題。在思考這些問題時,我們遵循了一系列人工智能原則,這些原則是我們開發的,以幫助指導負責任的先進技術創新。例如,多年來,安全社區在谷歌的支持下,一直致力于“后量子密碼學”(post-quantum cryptography)。我們樂觀地認為,在未來的加密問題上,我們走在了前面。

我們將繼續公布研究成果,并使用我們的開源框架Cirq幫助更廣泛的社區開發量子加密算法。我們感謝美國國家科學基金會(NSF)對我們研究人員的支持,以及與美國國家航空航天局Ames研究中心和橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory)的密切合作。與互聯網和機器學習一樣,政府對基礎研究的支持對于長期的科技成就仍至關重要。

量子計算對谷歌和世界未來的影響巨大,我對此感到興奮。這種樂觀情緒部分來自技術本身的屬性,這可以追溯到20世紀50年代的“巨型”計算機,到今天我們利用人工智能來服務人們的日常生活。

量子計算將是對我們在傳統計算機上所做的工作的極大補充。在許多方面,量子將給計算帶來完整的循環,賦予我們另一種方式使用通用語言,了解世界和人類,而不僅僅在1和0中,而是在所有狀態中:美麗,復雜,并且具有無限的可能性。(李明)

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