谷歌已經(jīng)實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”？有爭(zhēng)議，不實(shí)用，但仍然偉大

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(jì)算方面取得突破，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”。最強(qiáng)超級(jí)計(jì)算機(jī)要10000年完成的計(jì)算量，量子計(jì)算機(jī)只要200秒就能解決。量子計(jì)算的厲害之處可見一斑。什么是量子霸權(quán)？量子計(jì)算為何重要？谷歌量子計(jì)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(jì)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(huì)說有-30%的可能性會(huì)下雨。當(dāng)我們搭建物理塊時(shí)，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(gè)概念“amplitudes”（幅值），這個(gè)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(huì)消失，因?yàn)榭偡悼赡苁?，事件永遠(yuǎn)不會(huì)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(gè)量子比特，它們?nèi)紩?huì)相互作用，根據(jù)量子力學(xué)的游戲規(guī)則，1000個(gè)量子比特的每一種可能搭配方式都會(huì)有一個(gè)幅值。1000個(gè)量子比特能同時(shí)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(gè)原子。

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)使用0或者1的比特來存儲(chǔ)不同信息，量子計(jì)算機(jī)使用量子比特存儲(chǔ)信息。量子比特存儲(chǔ)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(gè)原子可以同時(shí)處于兩種狀態(tài)。1個(gè)量子比特可以存儲(chǔ)2種狀態(tài)的信息，也就是0和1；2個(gè)量子比特就可以存儲(chǔ)4種狀態(tài)的信息，3個(gè)8種，4個(gè)16種。

谷歌量子計(jì)算機(jī)有53個(gè)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(gè)0）。科學(xué)家相信，用谷歌量子計(jì)算機(jī)完成計(jì)算時(shí)，它走1步，傳統(tǒng)計(jì)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(shì)，不叫量子霸權(quán)，指的是量子計(jì)算的計(jì)算力超越經(jīng)典計(jì)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(gè)媒體的重要觀點(diǎn)，讓大家深入了解一下，量子計(jì)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(jì)算機(jī)只有一張床大小

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

目前世界最快的經(jīng)典計(jì)算機(jī)名叫Summit，歸IBM所有，它有兩個(gè)籃球場(chǎng)那么大。谷歌量子計(jì)算機(jī)很小，可能只有一張床那么大，名叫Sycamore。谷歌給Sycamore一個(gè)特殊的問題，讓它解決，這個(gè)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(jì)算機(jī)要1萬年，而Sycamore量子計(jì)算機(jī)只要200秒。IBM表示懷疑，它認(rèn)為最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)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(jì)算機(jī)要兩天半解決的問題，量子計(jì)算機(jī)只要200秒。如果谷歌量子計(jì)算機(jī)更大一些，有70個(gè)量子比特，經(jīng)典計(jì)算機(jī)要像它一樣強(qiáng)大，體積可能有一個(gè)城市那么大。

在量子計(jì)算領(lǐng)域，在過去一段時(shí)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(gè)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(jì)算也會(huì)犯錯(cuò)，對(duì)計(jì)算環(huán)境要求苛刻

盡管谷歌取得技術(shù)突破，但量子計(jì)算機(jī)還是會(huì)犯錯(cuò)。與外部世界的任何一點(diǎn)作用都可能會(huì)讓量子比特出現(xiàn)錯(cuò)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(shí)，人類預(yù)測(cè)錯(cuò)誤的能力也會(huì)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(cuò)誤。這是一個(gè)重要的工程、物理突破?！?/p>

當(dāng)你接觸量子計(jì)算程序，你會(huì)通過常規(guī)計(jì)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(jì)算機(jī)都要復(fù)雜。從計(jì)算層面看，我們已經(jīng)進(jìn)入陌生領(lǐng)地，在這里量子計(jì)算機(jī)已經(jīng)是可見可摸的設(shè)備，它能做經(jīng)典計(jì)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(jì)算新領(lǐng)域，通過其它工具你進(jìn)不了?！?/p>

麻省理工技術(shù)評(píng)論：谷歌與IBM爭(zhēng)了起來，后者的經(jīng)典計(jì)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(shí)谷歌的選擇面很窄，它選了量子計(jì)算機(jī)擅長(zhǎng)而經(jīng)典計(jì)算機(jī)不擅長(zhǎng)的問題。John Preskill說：“量子計(jì)算幾乎沒有架構(gòu)，所以經(jīng)典計(jì)算機(jī)很難跟上，正因如此，量子計(jì)算提供的答案在信息方面嚴(yán)重不足?！?/p>

另外，谷歌在模擬時(shí)不能簡(jiǎn)單將量子計(jì)算代碼移植到經(jīng)典計(jì)算機(jī)上。當(dāng)模擬的量子比特增加時(shí)，難度也會(huì)增加，而且是指數(shù)級(jí)增加。正因如此，才會(huì)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(jì)算，經(jīng)典計(jì)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(shí)間會(huì)更短。

關(guān)鍵差異在哪里呢？在硬盤。用經(jīng)典計(jì)算機(jī)模擬量子計(jì)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(shí)間也就會(huì)更長(zhǎng)。谷歌高度依賴RAM，用RAM來存儲(chǔ)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(jì)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(cè)試，所以我們不能判斷效果到底是否真像它說的那樣好。

爭(zhēng)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(jì)算機(jī)再大一些，解決最狹窄的經(jīng)典問題時(shí)也要很長(zhǎng)時(shí)間。想用量子計(jì)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(jì)算機(jī)又近了一些。

彭博社：有突破也有風(fēng)險(xiǎn)，加密技術(shù)可能會(huì)被瓦解

谷歌量子計(jì)算也給我們帶來一些風(fēng)險(xiǎn)。首先，全球?qū)⒘孔佑?jì)算競(jìng)賽將會(huì)進(jìn)一步升溫，后果無法預(yù)測(cè)。去年，美國(guó)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(jì)算技術(shù)，這只是開始。如果美國(guó)想在量子計(jì)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(gè)擔(dān)心，當(dāng)先進(jìn)的量子計(jì)算機(jī)到來時(shí)，保護(hù)全球數(shù)字世界的加密技術(shù)可能會(huì)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(jì)算機(jī)面前形同兒戲。安全研究人員已經(jīng)意識(shí)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(jì)算時(shí)代會(huì)從許多錯(cuò)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(jì)算技術(shù)正在進(jìn)步，以一個(gè)量子比特一個(gè)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(jì)算應(yīng)用廣闊，前景光明

有了量子計(jì)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(duì)于加密通信來說，量子計(jì)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(jì)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(jì)算機(jī)，量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度更快。有人相信，在未來6-12個(gè)月，量子計(jì)算就會(huì)在“機(jī)器學(xué)習(xí)”領(lǐng)域獲得“量子霸權(quán)”。

量子計(jì)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(jì)算與其它行業(yè)結(jié)合。

谷歌量子計(jì)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(jì)算潛力無限，在未來幾年里，人類也許就會(huì)解放這種能力。

南華早報(bào)：中國(guó)量子計(jì)算正在追趕美國(guó)

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

同樣在2018年，百度也建立自己的量子計(jì)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(jì)算機(jī)研究院變成世界一流研究院。

另外，中國(guó)已經(jīng)在合肥設(shè)立國(guó)家量子計(jì)算中心。

到目前為止，在量子比特的增加上，西方比中國(guó)領(lǐng)先。雖然這次谷歌展示的Sycamore有54個(gè)量子比特（其中一個(gè)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(huì)向客戶開放53位量子計(jì)算機(jī)。

量子比特的數(shù)量代表一切嗎？不是的。要讓計(jì)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(cuò)，需要修正，量子比特越多，修正越難。

總之，在量子計(jì)算領(lǐng)域，谷歌已經(jīng)成為第一名，但中國(guó)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(guó)外媒體對(duì)量子計(jì)算及谷歌量子霸權(quán)的看法，對(duì)此你有什么高見？歡迎與我們分享。

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