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谷歌称实现量子霸权:算一问题用200秒而超算用万年

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回应IBM质疑?谷歌正式声明实现“量子霸权”

图示:谷歌量子计算机

网易科技讯10月23日消息,据国外媒体报道,谷歌于当地时间周三表示,已经实现“量子霸权”(quantum supremacy),这种突破可以让新型计算机以当今技术无法想象的速度进行计算。

谷歌在《自然》(Nature)杂志上发表的一篇论文中正式声明,其位于加州圣巴巴拉的研究实验室已经实现“量子霸权”,这也是科学家们自上世纪80年代以来一直在努力实现的目标。谷歌的量子计算机完成了传统计算机无法完成的任务。

谷歌在其论文中说,在计算一个特定问题上,世界上最强大的超级计算机Summit需要一万年才能完成其量子计算机在3分20秒内完成的运算。

(网易编辑注:“量子霸权”并不是指谷歌在量子计算上对于其他公司的霸权,或者美国在量子计算上对于其他国家的霸权,而是指量子计算机对于电子计算机压倒性优势。由于量子计算机的原理与电子计算机不同,在特定一个问题上,可以用量子算法实现对电子计算机+传统算法的超越。不过通用问题还不能解决。)

科学家们将谷歌的声明比作1903年莱特兄弟的第一次飞行。这证明了一些事情确实是可能的,但可能要过很多年才能实现其潜力。

量子计算机是对量子力学进行了一个多世纪研究的结果,运行方式与普通计算机完全不同。其依赖于一些物体在亚原子水平或暴露在极冷环境下时令人难以置信的状态,比如谷歌的量子计算机就将金属冷却到接近绝对零度。

研究人员确信,总有一天这些设备可能会推动人工智能的发展,或者轻而易举地推翻现行的计算机加密技术。正因为如此,很多国家都将量子计算视为国家安全的重中之重。

但首先,科学家必须证明人类可以制造出这样的机器。一些研究人员警告说,不要对谷歌实现的里程碑太过兴奋,量子计算机走出研究实验室还需要大量的工作。目前一台量子计算机的造价高达数百万美元。

包括微软、英特尔、IBM以及谷歌在内的许多科技业巨头都在争夺量子计算领域的一席之地。最近一项研究显示,风险投资家已经向探索这项技术的初创企业投资了超过4.5亿美元。

中国在国家级量子实验室上投入了4亿美元,近年来获得的量子技术专利几乎是美国的两倍。美国政府今年也推出了自己的国家量子计划(National Quantum Initiative),承诺在包括计算机在内的量子研究领域投入12亿美元。

传统计算机通过处理信息比特来进行计算,每个比特要么代表1,要么代表0。几十年来一直如此。

谷歌称实现量子霸权:算一问题用200秒而超算用万年

图示:量子计算机有着完全不同于传统计算机的工作方式

理解量子计算机的不同之处需要接受这样一个概念:当一个物体在极小或极冷情况下时,可以同时表现得像两个不同的物体。

通过利用这种奇怪现象,科学家们可以构建出量子比特,其是1和0两种状态的组合。这意味着两个量子比特可以同时包含四个值。随着量子比特数量的增长,量子计算机的能力也会呈指数化增长,使得今天的超级计算机看起来就像玩具一样。

科学家在20世纪80年代首次描述了这一想法。但量子比特过于脆弱,即便是把一些量子比特连在一起也可能需要数年的工作。过去几十年里,学术界、工业界和政府实验室通过各种各样的技术致力于开发量子计算系统,包括围绕光粒子或电磁场构建系统,去捕获微小的带电粒子。

大约20年前,日本研究人员通过将某些金属冷却到极低温度,率先发明出“超导量子比特”的先驱者。

这种方法已经显示出了特别前景,催生了IBM、谷歌和英特尔的一些项目。他们所开发的机器完全不同于普通的计算机。它们通常是是巨大的圆柱形金属和一堆杂乱的电线,被放入不锈钢的冰箱中。研究人员向机器发送信息,就像给传统计算机芯片发送信息一样,然后接收计算结果。

9月下旬,谷歌发布相关论文,随后很快被删除。但很多竞争对手公司的研究人员认为谷歌正在夸大自己的成就。

本周一IBM先发制人,在一篇博客中驳斥了谷歌的说法,表示所谓传统计算机无法完成量子计算机所完成任务的说法站不住脚。IBM认为,从理论上讲,传统计算机完成相关计算任务只需要两天半,而不是一万年。

谷歌称实现量子霸权:算一问题用200秒而超算用万年

图示:谷歌首席执行官桑达尔·皮查伊(Sundar Pichai)和一位检查量子计算机的谷歌研究人员

“这并不能说量子计算机较传统计算机已经取得最终的绝对统治地位,”位于纽约约克敦高地的IBM研究实验室负责人达里奥·吉尔(Dario Gil)如是指出。该公司也正在开发自己的量子计算机。

其他研究人员对谷歌这一里程碑也不予理会,因为计算任务相当深奥。它通过量子实验产生随机数,而量子实验不一定适用于其他设备。

尽管IBM对谷歌真的完成这么多工作提出质疑,但吉尔认为量子计算机确实离现实越来越近了。“到2020年,它们将拥有商业和科学研究上的优势,”他说。

与许多在企业研究实验室进行的前沿工作一样,谷歌的量子研究起源于学术界。2014年谷歌聘请了一批物理学家,他们之前几年都在加州大学圣巴巴拉分校从事量子计算研究。

当论文发表后,谷歌回应了IBM关于可以通过传统计算机完成相关计算任务的说法。谷歌的一位发言人在一份声明中说:“我们已经摆脱了传统计算机的舒服,进入了一个完全不同的发展轨道。我们欢迎提出更先进仿真技术的建议,在真正的超级计算机上测试它们很重要。”

谷歌量子计算机执行的计算任务可以证明一个复杂量子系统是可靠的。该公司还认为,其产生的随机数可能有实际用途。

南加州大学专门从事量子计算研究的教授丹尼尔·里达尔(Daniel Lidar)说,随着时间的推移,这些机器会变得越来越好,它们可能有助于改进密码学,甚至有助于制造新药物或新材料。

“这将是一件大事,”他说,“它在许多不同地方都会有不同应用。”

里达尔博士说,他预计其他科学家会试图反驳谷歌的说法。但有些人认为,这种近乎神话般的装置对所有研究人员都有好处。

从事IBM量子计算项目工作的查德·里格蒂(Chad Rigetti)说,“谷歌的结果不仅是谷歌的一个重大成就,也是整个科学界的一项重大成就。”他说,“量子机器能够解决与商业相关的问题不再遥远。”(辰辰)

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