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算一問題用200秒而超算用萬年 谷歌稱實現量子霸權

2019-10-24 11:49:46  來源:網易科技

回應IBM質疑?谷歌正式聲明實現“量子霸權”

圖示:谷歌的量子計算機

10月23日消息,據國外媒體報道,谷歌于當地時間周三表示,已經實現“量子霸權”(quantum supremacy),這種突破可以讓新型計算機以當今技術無法想象的速度進行計算。

谷歌在《自然》(Nature)雜志上發表的一篇論文中正式聲明,其位于加州圣巴巴拉的研究實驗室已經實現“量子霸權”,這也是科學家們自上世紀80年代以來一直在努力實現的目標。谷歌的量子計算機完成了傳統計算機無法完成的任務。

谷歌在其論文中說,在計算一個特定問題上,世界上最強大的超級計算機Summit需要一萬年才能完成其量子計算機在3分20秒內完成的運算。

(網易編輯注:“量子霸權”并不是指谷歌在量子計算上對于其他公司的霸權,或者美國在量子計算上對于其他國家的霸權,而是指量子計算機對于電子計算機壓倒性優勢。由于量子計算機的原理與電子計算機不同,在特定一個問題上,可以用量子算法實現對電子計算機+傳統算法的超越。不過通用問題還不能解決。)

科學家們將谷歌的聲明比作1903年萊特兄弟的第一次飛行。這證明了一些事情確實是可能的,但可能要過很多年才能實現其潛力。

量子計算機是對量子力學進行了一個多世紀研究的結果,運行方式與普通計算機完全不同。其依賴于一些物體在亞原子水平或暴露在極冷環境下時令人難以置信的狀態,比如谷歌的量子計算機就將金屬冷卻到接近絕對零度。

研究人員確信,總有一天這些設備可能會推動人工智能的發展,或者輕而易舉地推翻現行的計算機加密技術。正因為如此,很多國家都將量子計算視為國家安全的重中之重。

但首先,科學家必須證明人類可以制造出這樣的機器。一些研究人員警告說,不要對谷歌實現的里程碑太過興奮,量子計算機走出研究實驗室還需要大量的工作。目前一臺量子計算機的造價高達數百萬美元。

包括微軟、英特爾、IBM以及谷歌在內的許多科技業巨頭都在爭奪量子計算領域的一席之地。最近一項研究顯示,風險投資家已經向探索這項技術的初創企業投資了超過4.5億美元。

中國在國家級量子實驗室上投入了4億美元,近年來獲得的量子技術專利幾乎是美國的兩倍。美國政府今年也推出了自己的國家量子計劃(National Quantum Initiative),承諾在包括計算機在內的量子研究領域投入12億美元。

傳統計算機通過處理信息比特來進行計算,每個比特要么代表1,要么代表0。幾十年來一直如此。

谷歌稱實現量子霸權:算一問題用200秒而超算用萬年

圖示:量子計算機有著完全不同于傳統計算機的工作方式

理解量子計算機的不同之處需要接受這樣一個概念:當一個物體在極小或極冷情況下時,可以同時表現得像兩個不同的物體。

通過利用這種奇怪現象,科學家們可以構建出量子比特,其是1和0兩種狀態的組合。這意味著兩個量子比特可以同時包含四個值。隨著量子比特數量的增長,量子計算機的能力也會呈指數化增長,使得今天的超級計算機看起來就像玩具一樣。

科學家在20世紀80年代首次描述了這一想法。但量子比特過于脆弱,即便是把一些量子比特連在一起也可能需要數年的工作。過去幾十年里,學術界、工業界和政府實驗室通過各種各樣的技術致力于開發量子計算系統,包括圍繞光粒子或電磁場構建系統,去捕獲微小的帶電粒子。

大約20年前,日本研究人員通過將某些金屬冷卻到極低溫度,率先發明出“超導量子比特”的先驅者。

這種方法已經顯示出了特別前景,催生了IBM、谷歌和英特爾的一些項目。他們所開發的機器完全不同于普通的計算機。它們通常是是巨大的圓柱形金屬和一堆雜亂的電線,被放入不銹鋼的冰箱中。研究人員向機器發送信息,就像給傳統計算機芯片發送信息一樣,然后接收計算結果。

9月下旬,谷歌發布相關論文,隨后很快被刪除。但很多競爭對手公司的研究人員認為谷歌正在夸大自己的成就。

IBM先發制人,在一篇博客中駁斥了谷歌的說法,表示所謂傳統計算機無法完成量子計算機所完成任務的說法站不住腳。IBM認為,從理論上講,傳統計算機完成相關計算任務只需要兩天半,而不是一萬年。

本周一

谷歌稱實現量子霸權:算一問題用200秒而超算用萬年

圖示:谷歌首席執行官桑達爾·皮查伊(Sundar Pichai)和一位檢查量子計算機的谷歌研究人員

“這并不能說量子計算機較傳統計算機已經取得最終的絕對統治地位,”位于紐約約克敦高地的IBM研究實驗室負責人達里奧·吉爾(Dario Gil)如是指出。該公司也正在開發自己的量子計算機。

其他研究人員對谷歌這一里程碑也不予理會,因為計算任務相當深奧。它通過量子實驗產生隨機數,而量子實驗不一定適用于其他設備。

盡管IBM對谷歌真的完成這么多工作提出質疑,但吉爾認為量子計算機確實離現實越來越近了。“到2020年,它們將擁有商業和科學研究上的優勢,”他說。

與許多在企業研究實驗室進行的前沿工作一樣,谷歌的量子研究起源于學術界。2014年谷歌聘請了一批物理學家,他們之前幾年都在加州大學圣巴巴拉分校從事量子計算研究。

當論文發表后,谷歌回應了IBM關于可以通過傳統計算機完成相關計算任務的說法。谷歌的一位發言人在一份聲明中說:“我們已經擺脫了傳統計算機的舒服,進入了一個完全不同的發展軌道。我們歡迎提出更先進仿真技術的建議,在真正的超級計算機上測試它們很重要。”

谷歌量子計算機執行的計算任務可以證明一個復雜量子系統是可靠的。該公司還認為,其產生的隨機數可能有實際用途。

南加州大學專門從事量子計算研究的教授丹尼爾·里達爾(Daniel Lidar)說,隨著時間的推移,這些機器會變得越來越好,它們可能有助于改進密碼學,甚至有助于制造新藥物或新材料。

“這將是一件大事,”他說,“它在許多不同地方都會有不同應用。”

里達爾博士說,他預計其他科學家會試圖反駁谷歌的說法。但有些人認為,這種近乎神話般的裝置對所有研究人員都有好處。

從事IBM量子計算項目工作的查德·里格蒂(Chad Rigetti)說,“谷歌的結果不僅是谷歌的一個重大成就,也是整個科學界的一項重大成就。”他說,“量子機器能夠解決與商業相關的問題不再遙遠。”(辰辰)

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