里程碑!谷歌宣布三分钟完成世界第一超算万年运算

量子霸权是指量子计算拥有的超越所有传统计算机的计算能力。其最新的量子计算机能力已经达到了目前最为强大的超算也无法企及的程度——它可以在 3 分 20 秒内完成特定任务的运算,而目前世界排名第一的超级计算机、美国能源部橡树岭国家实验室的Summit执行同样任务需要大约一万年时间。

里程碑!谷歌宣布三分钟完成世界第一超算万年运算

据国外媒体报道,谷歌研究人员此前声称其量子计算机计算出了经典计算机完全无法解决的问题,已经实现了“量子霸权”。

谷歌研究人员本周早些时候在美国国家航空航天局官网上发表了一篇文章,但随后被删除。文章内容显示,谷歌的量子计算机完成相关计算的时间为3分20秒,而世界第一的超级计算机Summit完成同样运算要花费1万年的时间。

谷歌研究人员表示,这意味着量子计算机实现了“量子霸权”,即能够完成以前不可能实现的计算。文章作者写道,“与所有已知的经典算法相比,这种惊人的计算速度从实验角度证实了量子计算的优势,并预示着人们期待已久的计算范例的出现。”

谷歌研究人员表示,“据我们所知,这个实验标志着第一个只能在量子计算机进行的任务出现了。”研究人员补充,该系统只能进行一次单一的、技术性很强的计算,要使用量子计算机解决实际问题还需要数年时间。

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但谷歌的研究人员称其为“迈向全面量子计算的里程碑”。他们还预测,与摩尔定律相比,量子计算机的性能将以“双指数速度”扩张。

从老牌科技巨头IBM到初创公司Rigetti Computing等各家公司都在开发所谓的量子计算机原型,但目前只能以更快速度完成传统计算机所能完成的相同任务。

量子计算机如果能实现大规模量产,将利用超越经典物理极限的特性,实现计算能力的指数级增长。

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在电子计算机里,一个微小晶体管中存储的数据,在一个时间点上是固定的,要么是1,要么是0。而量子计算机则不同,量子具有叠加态,一个量子位可以有两种状态,这样N个量子位时就有2的N次方种状态。

更神奇的地方在于,传统电子计算机的计算方式是串行运算,一个算完算下一个。而量子计算,由于这种叠加态,天然就能并行运算。比如电子计算机要分成50次计算完成,量子计算机则可以把这过程分成50个部分,同时计算完成,再叠加给出结果。

这就比方说,你一个人要完成一项工程,原来只能一部分一部分地做。现在你突然有好多个分身,同时可以做不同部分的工作,最后一举把工程完成了。效率是不是高了很多。

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这种量子比特结构可以让量子计算机解决一系列经典计算机在常规时间内无法解决的问题,包括密码学和分子建模方面的问题。但是,维持量子比特相干时间非常困难,阻碍了研究人员展示任何形式的量子加速算法。

在加州大学圣巴巴拉分校的实验物理学家约翰·马提尼斯(John Martinis)领导下,谷歌首次预测它将在2017年底实现“量子霸权”。但事实证明,它所开发的连接72个量子比特的系统太难控制。

最终该公司对系统进行了改造,设计出连接53个量子比特的系统,代号为Sycamore。该系统的任务是证明随机数生成器是真正随机的。尽管这项工作几乎没有任何实际应用,但谷歌研究人员表示,“这种计算能力的其他最初用途”包括机器学习、材料科学和化学。

目前尚不得知谷歌的量子计算机到底进行了多少计算,也无法对相关报道进行独立核实。谷歌拒绝就报道进行置评。

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量子科学作为未来科学技术的主流,现已经成为全球各国研究的热点。而在量子科学这个新领域中,中国之前一直都处于领先地位,但最近,美国IBM公司却领先中国,率先推出一款可“商用”的量子计算机!这不仅让人产生疑惑,难道美国在量子科学方面,已经超越中国了吗?

据媒体18号报道,美国IBM公司宣布,将在下周推出一款有53个量子位的超强量子计算机,并对摩根大通银行、日本三菱化学等企业开放使用。且BM公司还信心满满地宣称,这是该公司目前研发的最强大量子计算系统。

事实上,IBM公司有这样的自信心是很正常的,因为在此前,全球各国研制的量子计算机最多只达到了20个量子位,这其中也包括中国。而量子位的多少,直接影响着量子计算机的运算能力,因此,此次IBM能攻克技术难关,率先推出53位的量子计算机,的确让人敬佩。但要说IBM的量子技术已经超越中国,似乎还为时尚早。

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要知道,量子科学是一门极其高深的学问,以人类目前的科学水平,还不能完全理解量子学背后的秘密。量子计算机在量子科学中,其实只能算是“浅显”的应用,但就算这样,科学家们在研制量子计算机的过程中,依然举步维艰。

据了解,制约量子计算机发展的有三大因素,而从以往的新闻来看,似乎除了中国攻克了其中一个问题外,其余国家都还处在“颗粒无收”的状态下,也就是三大制约因素,一个都没解决。

制约量子计算机发展的第一个因素就是量子的精度问题。打个比方,普通计算机在计算1+1等于几时,基本是不会出错的,而量子计算机由于量子精度不高的原因,可能运算1千次1+1的问题时,就有一次答案会出错。不过好在中国已经差不多解决了这个问题,中国科学家们已经将量子计算机的错误率降低到了0.01%以下,但其余各国是否攻克了这个技术难题还不得而知,也没有相关的新闻报道。

而第二个制约因素就是量子扩展性的问题,科学家们发现,量子计算机的量子位越高,整体运算精度就会相应大幅下降,这也是各国都将自己的量子计算机保持在20个量子位左右的原因。从这方面看,IBM的53位量子计算机估计更多的还是个噱头。

至于第三个因素,也是各国在研制量子计算机中遇到的最难问题。由于量子之间存在相互影响,量子数据会在极短的时间内“损坏”,也就是说,在使用量子计算机时,必须在微秒级的时间内完成计算,并将计算数据导出。

不过尽管如此,英特尔量子硬件主管 Jim Clarke 依然将谷歌的这一进展称为「一个值得关注的里程碑」。他说,「商用量子计算机」的实现离不开研发的进步。虽然目前还只是这场马拉松的第一英里,但我们坚信这项技术的潜力。」

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