谷歌“量子霸權”3分20秒完成復雜計算,而超級計算機需要一萬年

谷歌的量子計算機。該公司在周三發表的一篇論文中表示,這臺機器只需要幾分鐘就能完成一項復雜的計算任務,而超級計算機完成這項任務至少需要一萬年。

谷歌周三在舊金山表示,該公司已經取得了一項人們期待已久的突破,被稱為“量子霸權(quantum supremacy)”,它可以讓新型計算機以當今技術無法想象的速度進行計算。

在《自然》雜志上發表的一篇論文中,谷歌表示,其位于加州圣巴巴拉的研究實驗室已經獲得了一個里程碑式的成果,這是科學家們自上世紀80年代以來一直在努力實現的目標:它的量子計算機完成了一項用當前技術無法完成的任務。

谷歌在其論文中表示,在目前的技術水平下,一個最大的超級計算機在1萬年內的時間里無法完成的數學計算,其新型量子計算機只要在3分20秒內就能夠完成。

科學家們將谷歌的此次宣布比作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,盡管它可能要過很多年才能真正實現。

德克薩斯大學奧斯汀分的計算機科學家Scott Aaronson說:“最初的萊特飛行器并不是一架有用的飛機,但它的目的是為了證明人類能夠飛上天空這一點。而它也確實證明了這一點。”

量子計算機是對一種被稱為量子力學的物理學經過了一個多世紀研究才發明出來的,它的運行方式與普通計算機完全不同。它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運行方式,比如金屬在谷歌的設備里冷卻到零下460度后的運行方式。

研究人員相信,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保護對國家安全至關重要的計算機的加密技術。正因為如此,美國和中國政府將量子計算視為國家安全的優先事項。

但首先,科學家必須證明可以建造這樣的機器。一些研究人員警告說,不要對谷歌的里程碑太過興奮,因為在量子計算機能夠走出研究實驗室之前,還有很多工作要做。到目前為止,一個量子計算機成本達到了數百萬美元。

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。最近的一項研究顯示,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。

中國在國家量子實驗室上投入了4億美元,近年來獲得的量子專利幾乎是美國的兩倍。特朗普政府今年也推出了自己的國家量子計劃,承諾將在包括計算機在內的量子研究上投入12億美元。

傳統的計算機通過處理信息的“位”來進行計算,每個位包含1或0。幾十年來一直如此。

理解量子計算機的不同之處需要一個哲學上的飛躍。你需要先接受這樣一個概念:當一個物體非常小或非常冷時,它可以同時表現得像兩個不同的物體。

通過利用這種不同尋常的表現行為,科學家們可以構建一個量子比特,或稱量子位,存儲1和0的組合。兩個量子位可以同時容納四個值。隨著量子位元數量的增長,量子計算機的計算能力也會成倍增長,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,但量子位元是脆弱的。即便是把幾條線連在一起,也可能需要數年的工作。在過去的幾十年里,學術界、工業界和政府的實驗室通過各種各樣的技術致力于量子計算,包括圍繞光粒子或電磁場建立的捕捉微小帶電粒子的系統。

大約20年前,日本的研究人員開創了“超導量子位”的先驅。

這種方法已經顯示出了極大的前景,IBM、谷歌和Intel都開展了一些有關該方法的項目。這些計算機看起來一點也不像普通的計算機。它們由巨大的圓柱形金屬和扭曲的電線組成,并被放入不銹鋼冰箱中。你向計算機發送信息,就像你向傳統的計算機芯片發送信息一樣,然后接收計算結果。

谷歌的論文發表后,一時成為了互聯網上的討論的熱點,但很快在9月下旬該論文就在網上消失了。但這一短暫的露面足以激怒競爭對手公司的研究人員,他們認為這家硅谷巨頭正在夸大自己的成就。

周一,IBM先發制人,在一篇博客中駁斥了谷歌聲稱的量子計算無法由傳統計算機完成的說法。IBM認為,從理論上講,這項計算可以在目前的計算機上運行不到兩天半,而不是夸張的一萬年。

“這不是最終和絕對碾壓目前經典計算機的技術。”紐約約克敦高地IBM研究實驗室的負責人Dario Gil表示。該公司正在美國建造自己的量子計算機。

其他研究人員對這一里程碑并不予理會,因為這項計算相當深奧。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事物。

盡管IBM對谷歌是否真的完成了這么多工作提出了質疑,Gil博士認為量子計算機確實離現實越來越近了。他說:“到2020年,我們將能夠將它們用于商業和科學研究”。

與許多在企業研究實驗室進行的前沿工作一樣,谷歌的量子研究植根于學術界。2014年,谷歌聘請了一組物理學家,他們之前幾年在加州大學圣巴巴拉分校從事量子計算研究。

研究人員將于周三晚些時候與記者討論他們的工作。

當谷歌的論文發表時,它回應了IBM關于其量子計算可以在經典計算機上執行的聲明。谷歌的一位發言人在一份聲明中說:“我們已經脫離了傳統的計算機,進入了一個完全不同的領域。我們歡迎推進模擬技術的提議,盡管在真正的超級計算機上測試它們很重要,就像我們已經做過的那樣。”

谷歌量子計算機的計算是用來證明一個復雜量子系統是可靠的一種方法。該公司還認為,它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Daniel Lidar說,隨著時間的推移,這些機器將會變得越來越好,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。

他說:“這將是一件大事,它在許多不同的地方都有所應用。”

Lidar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更廣泛的好處。

Chad Rigetti說:“谷歌的成就不僅是谷歌的一個重大成就,也是更廣泛的科學界的一個重大成就,”

他說:“用不了多久,量子計算機就能夠用于解決與商業相關的問題了。”

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