北京
19秒，100万个样本。同样的任务交给Frontier超级计算机，研究团队的估算结果是110年。这个对比来自美国BlueQubit团队的一次实验，他们用的是IBM最新的Nighthawk r2量子处理器。
实验由BlueQubit理论凝聚态物理学家Tigran Sedrakyan领衔。Nighthawk r2是一款拥有120个量子比特的超导量子处理器，可以通过IBM云平台访问。研究团队没有用满全部比特，而是从中选取了61个。
关键不是快，是分布对
这里容易被误读的一点是：量子处理器快，并不等于它只是生成0和1的速度快。真正难的部分在于，这些结果必须符合特定量子线路产生的概率分布，而这正是经典计算机难以复现的地方。
实验采用的基准任务叫随机量子线路采样（RCS）。研究人员让量子比特按照随机选择的操作进行多轮演化并产生纠缠，然后反复测量，得到大量由0和1构成的结果字符串。随着量子比特数量和操作轮数增加，经典计算机计算相应概率分布的难度会迅速提高。
研究团队运行了复杂度逐步增加的随机量子线路，最多执行40个周期。最终，他们在36个周期、918个双量子比特门的条件下找到了实验所需的平衡点。在这一配置下，Nighthawk r2用19秒完成了100万次采样。
110年是怎么算出来的
为了估算经典计算机完成同一任务所需的计算量，研究团队使用了张量网络收缩方法。计算结果显示，复现这100万组样本大约需要1.2 × 10²⁷次计算操作。
他们随后以Frontier超级计算机作为参考进行估算。Frontier峰值性能超过每秒10¹⁸次运算，根据研究团队采用的持续性能估算，完成同等任务约需110年。
需要说明的是，这个110年是基于特定经典模拟算法得出的估算值，并非经典计算机完成该任务所需时间的理论上限。研究团队也没有宣称量子计算机已经让经典超级计算机失去意义。更高效的算法、重复利用中间计算结果以及其他近似方法，都可能明显降低经典计算所需的时间。
类似情况此前已经出现在谷歌2019年的Sycamore实验中。当时研究人员估算，经典超级计算机完成对应任务需要约1万年，但随后经典计算领域出现了更高效的模拟方法，大幅缩短了这一时间。量子优势并不是一个固定不变的指标，而是随着量子硬件和经典算法的发展不断变化。
两种方法交叉验证结果
为了验证量子处理器产生的结果，研究人员采用了两种交叉验证方法。
- 第一种是构建经过“裁剪”的量子线路，将61个量子比特拆分为三个或四个较小系统，使经典计算机能够精确模拟部分线路，再以此评估完整实验的结果。
- 第二种是使用镜像线路，让量子处理器执行一组操作后立即执行完全相反的操作。如果量子处理器理想运行，最终状态应回到初始状态；偏离程度可以反映实验过程中累积的噪声和错误。
两种方法随着线路深度增加仍给出了较为接近的结果。在36个周期的实验条件下，剩余量子信号的保真度约为0.23%。这个数值不能直接理解为传统意义上的“正确率”，因为随机量子线路采样过程中，大部分量子信息会受到噪声影响而逐渐消失，实验需要确认的是理想量子概率分布是否仍留下可测量的痕迹。
硬件层面，Nighthawk r2与IBM上一代Heron处理器相比，采用了专用复位机制，可以主动释放量子比特中的能量，将连续运行实验之间的等待时间缩短至最低约1微秒。IBM表示，Nighthawk r2每秒可执行超过10万个量子线路，而Heron约为每秒4000个。这让需要大量重复执行的随机量子线路采样实验能够更快完成。
此次实验的一个不同之处在于，相关量子优势测试并非依赖仅存在于实验室中的专用设备，而是在研究人员可以通过云平台访问的商业量子处理器上完成。研究团队还公开了实验所使用的量子线路、样本和分析代码，供其他研究人员复现和验证。
随机量子线路采样本身并不是面向实际生产应用的计算任务，而是一项用于测试量子计算机能力的基准实验。相关研究目前以预印本形式发表于arXiv，尚未经过同行评审。
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