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谷歌已經實現“量子霸權”?有爭議,不實用,但仍然偉大

極客網·極客觀察(小刀)? 11月1日 相信你已經聽說谷歌宣稱在量子計算方面取得突破,已經實現“量子霸權”。最強超級計算機要10000年完成的計算量,量子計算機只要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?量子計算為何重要?谷歌量子計算到底發展到什么地步?為什么IBM表示不服?今天就隨極客網來探究一番。

什么是量子計算和量子霸權?

在我們的日常生活中,事件的可能性可以用0-100%來劃分,沒有負值,所以我們不會說有-30%的可能性會下雨。當我們搭建物理塊時,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,甚至有可能更復雜。如果某事件可以以正幅值的形式發生,也可以以負幅值的形式發生,那么它的可能性就會消失,因為總幅值可能是0,事件永遠不會發生。就這是所謂的“量子干涉”,量子世界正是根據這樣的奇怪規則建立的。

假設有1000個量子比特,它們全都會相互作用,根據量子力學的游戲規則,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。

傳統計算機使用0或者1的比特來存儲不同信息,量子計算機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。量子力學認為,一個原子可以同時處于兩種狀態。1個量子比特可以存儲2種狀態的信息,也就是0和1;2個量子比特就可以存儲4種狀態的信息,3個8種,4個16種。

谷歌量子計算機有53個量子比特,有2的53次方種狀態,約為9 quadrillion(千萬億,1后面15個0)。科學家相信,用谷歌量子計算機完成計算時,它走1步,傳統計算機要走9千萬億步。

那么什么是“量子霸權”呢?其實谷歌管它叫量子優勢,不叫量子霸權,指的是量子計算的計算力超越經典計算機。

谷歌真的實現量子霸權了嗎?

谷歌宣稱已經實現“量子霸權”,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,讓大家深入了解一下,量子計算到底意味著什么?谷歌是否真的實現了量子霸權?

Vox:小塊頭也有大能力,谷歌量子計算機只有一張床大小

量子霸權這個術語是2012年提出來的,意思就是說量子計算機可以做一些事,但經典計算機跟不上它的速度。簡單來說就是量子計算機的計算速度比常規計算機快很多。不過有許多人表示懷疑,認為量子計算機可能無法完成實際計算。

目前世界最快的經典計算機名叫Summit,歸IBM所有,它有兩個籃球場那么大。谷歌量子計算機很小,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“隨機電路建模”問題。

谷歌聲稱解決同樣的問題經典計算機要1萬年,而Sycamore量子計算機只要200秒。IBM表示懷疑,它認為最強大的超級計算機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。經典計算機要兩天半解決的問題,量子計算機只要200秒。如果谷歌量子計算機更大一些,有70個量子比特,經典計算機要像它一樣強大,體積可能有一個城市那么大。

在量子計算領域,在過去一段時間IBM一直是領先者,它并沒有將“量子霸權”當成追求的目標。為什么?因為IBM認為所謂量子霸權只是一個人為設定的基準,即使你跨過了基準線,它可能還是沒什么用。

Gizmodo:量子計算也會犯錯,對計算環境要求苛刻

盡管谷歌取得技術突破,但量子計算機還是會犯錯。與外部世界的任何一點作用都可能會讓量子比特出現錯誤。但谷歌的實驗向我們證明,當量子比特越來越多時,人類預測錯誤的能力也會越來越強。

谷歌科學家Marissa Giustina說:“我們已經證明,我們能夠理解這些錯誤。這是一個重要的工程、物理突破。”

當你接觸量子計算程序,你會通過常規計算機界面來操縱,發出脈沖,它可以改變量子比特的賦值,和五線譜上的音符有點像。完成操作后,研究人員向我展示發送的脈沖是怎樣的形狀。

無論怎樣,在科學層面,谷歌已經向我們展示更大、更復雜的量子系統,比之前的量子計算機都要復雜。從計算層面看,我們已經進入陌生領地,在這里量子計算機已經是可見可摸的設備,它能做經典計算機做不了的事。

難怪Marissa Giustina說:“現在我們已經進入計算新領域,通過其它工具你進不了。”

麻省理工技術評論:谷歌與IBM爭了起來,后者的經典計算機也很強大

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

另外,谷歌在模擬時不能簡單將量子計算代碼移植到經典計算機上。當模擬的量子比特增加時,難度也會增加,而且是指數級增加。正因如此,才會有各種各樣的代碼優化技術出現,只有利用這些技術才能獲得足夠好的結果。

IBM研究人員提出一種方法,用這種方法計算,經典計算機只要兩天半就能完成谷歌所說的任務,如果稍作優化,時間會更短。

關鍵差異在哪里呢?在硬盤。用經典計算機模擬量子計算機,需要處理海量數據。內存如果越小,你就要將任務劃成更多的部分,需要的時間也就會更長。谷歌高度依賴RAM,用RAM來存儲數據,IBM既用到了RAM,也用到了硬盤。IBM還說可以用其它經典計算機優化技術(硬件和軟件技術)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際用處,即使谷歌量子計算機再大一些,解決最狹窄的經典問題時也要很長時間。想用量子計算機破解現代編碼,至少還要等幾十年。

盡管如此,Preskill還是認為達到“有限量子霸權”仍然重要,它意味著我們離實用量子計算機又近了一些。

彭博社:有突破也有風險,加密技術可能會被瓦解

谷歌量子計算也給我們帶來一些風險。首先,全球將量子計算競賽將會進一步升溫,后果無法預測。去年,美國總統特朗普簽署一項命令,投入11億美元,優先發展量子計算技術,這只是開始。如果美國想在量子計算領域繼續成為全球領導者,必須做更多事。

還有一個擔心,當先進的量子計算機到來時,保護全球數字世界的加密技術可能會被瓦解。這些加密系統以精深的數學問題作為基礎,但從理論上說,難題在量子計算機面前形同兒戲。安全研究人員已經意識到問題的存在,他們正在努力開發“后量子”系統和標準。

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。谷歌已經向我們證明量子計算技術正在進步,以一個量子比特一個量子比特的速度前進,走向奇怪的未來。

世界經濟論壇:量子計算應用廣闊,前景光明

有了量子計算技術,我們可以構建全新互聯網,用量子比特而非比特構建。對于加密通信來說,量子計算技術也很重要,因為量子通道可以讓傳輸變得更安全。

除此之外,量子計算技術還可以用在機器學習領域,相比經典計算機,量子計算機的計算速度更快。有人相信,在未來6-12個月,量子計算就會在“機器學習”領域獲得“量子霸權”。

量子計算的應用前景幾乎無窮無盡,加密、機器學習、化學、優化、通信等行業都用得上。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結合。

谷歌量子計算機解決的問題沒有任何實際意義,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,系統裝備的量子處理器有11個量子比特,當時它是世界第二快的量子計算機,只比IBM量子計算機(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研究院變成世界一流研究院。

另外,中國已經在合肥設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),但去年谷歌曾經說過它開發出72位量子芯片。很快IBM也會向客戶開放53位量子計算機。

量子比特的數量代表一切嗎?不是的。要讓計算任務完美完成,量子比特必須正常運行。在現實狀態中,它經常犯錯,需要修正,量子比特越多,修正越難。

總之,在量子計算領域,谷歌已經成為第一名,但中國企業正在快速追趕。

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


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