[No.H100]
谷歌近日宣稱自己實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)勢”(quantum supremacy,也稱“量子霸權(quán)”)后有多種評論,這究竟是一個重大的科學(xué)突破,代表著計(jì)算機(jī)的第二個時代的曙光?還是僅是一項(xiàng)幾乎沒有實(shí)際應(yīng)用的引人注目的研究。據(jù)外媒報(bào)道,對于前一種說法,IBM研究主管接受采訪時稱其“浮夸”。
谷歌的研究人員表示,他們已經(jīng)建造了第一臺量子計(jì)算機(jī),該量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力,即使按照傳統(tǒng)或經(jīng)典路線建造的最強(qiáng)大的機(jī)器,已無法與其匹敵。這么看的話,人們期待已久的“量子優(yōu)勢”的壯舉像是已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。
但并不是所有人都認(rèn)為這是計(jì)算機(jī)科學(xué)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。IBM研究主管達(dá)里奧·吉爾(Dario Gil)表示,谷歌的說法“站不住腳,它完全錯了”。IBM是這場量子計(jì)算競賽的參與競爭者之一。
在贊揚(yáng)谷歌的一些技術(shù)進(jìn)步的同時,吉爾駁斥了“這是計(jì)算領(lǐng)域一個開創(chuàng)性時刻”的說法,但他認(rèn)為這應(yīng)該被稱為一個宏偉的時刻。
吉爾說:“這項(xiàng)研究只是一個實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn),基本上,幾乎可以肯定地說,它完全是為了實(shí)現(xiàn)一個非常具體的量子采樣程序,沒有實(shí)際應(yīng)用。”
然而,在該領(lǐng)域工作的其他人更愿意支持谷歌的說法。IBM前高管、量子計(jì)算初創(chuàng)企業(yè)負(fù)責(zé)人查德·里格蒂(Chad Rigetti)說,這項(xiàng)研究意義深遠(yuǎn)。“對于這個行業(yè)來說,達(dá)到這個里程碑是非常重要的。這對人類和科學(xué)來說都是一個重大時刻。”
谷歌在一篇題為《使用可編程超導(dǎo)處理程式的量子優(yōu)勢》(Quantum supremacy using a programmable superconducting processor)的研究論文中宣布了它的突破。英國一家媒體首先報(bào)道了這一消息,上周該消息被短暫發(fā)布在美國宇航局的一個網(wǎng)站上,隨后被刪除。而谷歌公司尚未表示何時將論文進(jìn)行正式出版。
數(shù)字計(jì)算機(jī)中的比特不是1,就是0,與此不同的是,量子比特之下,兩者可以是同時存在的。再加上另一種被稱為糾纏的量子現(xiàn)象,量子比特可以通過糾纏影響其他甚至沒有連接的量子,這為系統(tǒng)處理更復(fù)雜的大量問題開辟了道路。
計(jì)算機(jī)界的部分爭議在于“量子優(yōu)勢”一詞。這個詞由理論物理學(xué)家約翰·普萊斯基爾(John Preskill)于2012年創(chuàng)造,指的是利用新技術(shù)構(gòu)建的系統(tǒng)能夠解決某個問題的時刻,而這“某個問題”是指即使是最強(qiáng)大的超級計(jì)算機(jī)也無法處理的問題。
這個術(shù)語意味著,從現(xiàn)在開始,量子計(jì)算機(jī)將占據(jù)優(yōu)勢,而幾乎可以肯定的是,谷歌的說法已經(jīng)引發(fā)了爭議。
據(jù)一位熟悉該公司的知情人士透露,谷歌的研究人員擔(dān)心,聲稱“量子優(yōu)勢”會讓他們顯得傲慢。他們考慮過為自己的成就創(chuàng)造一個不同的解釋短語。
谷歌的優(yōu)勢地位是基于一個在規(guī)�;蚍秶嫌邢薜募夹g(shù)測試,即創(chuàng)建一個能夠證明隨機(jī)數(shù)生成器生成的數(shù)字是真正隨機(jī)的數(shù)字的系統(tǒng)。該公司為此設(shè)計(jì)的量子芯片代號為Sycamore,在3分20秒內(nèi)就完成了計(jì)算。研究人員估計(jì),世界上最強(qiáng)大的超級計(jì)算機(jī)需要1萬年才能達(dá)到同樣的結(jié)果。
看到這項(xiàng)研究的里格蒂等專家表示,在這個有限的演示背后,是一系列將具有更廣泛應(yīng)用的技術(shù)突破,這為全面量子計(jì)算指明了道路。
由于難以控制量子比特,今天所有的基本量子系統(tǒng)都受到了影響。它們的量子態(tài)只維持了不到一秒鐘的時間,在構(gòu)建有用的系統(tǒng)時,糾正這些系統(tǒng)中的錯誤是最大的問題。然而,谷歌研究人員聲稱,他們已經(jīng)做了足夠的工作,產(chǎn)生了顯著的結(jié)果。
根據(jù)南加州大學(xué)工程學(xué)教授丹尼爾·雷達(dá)(Daniel Lidar)的說法,真正的突破是大大降低了量子位相互干擾的程度,即一個叫做“串?dāng)_”(crosstalk)的問題。這使得研究人員能夠在他們的系統(tǒng)中達(dá)到0.1%的保真度。丹尼爾說,盡管看起來很低,但相對于其他團(tuán)隊(duì)的成果,這仍然代表著非常低的錯誤率。
丹尼爾補(bǔ)充稱,谷歌還能夠展示,其系統(tǒng)中的誤差是清楚的并且彼此不相關(guān),而這也意味著它所使用的糾錯技術(shù)總有一天會適用于更復(fù)雜的系統(tǒng)。
“他們已經(jīng)展示了一條可擴(kuò)展量子計(jì)算的道路,”丹尼爾說道。“一旦你有了一臺完全糾正了錯誤的量子計(jì)算機(jī),你將前途無量。”
然而,IBM的吉爾表示,谷歌該“系統(tǒng)”是一種專門用來處理單個問題的硬件,它遠(yuǎn)不是一臺真正可編程的通用計(jì)算機(jī)。“執(zhí)行這個任意的程序是一件非常具體的事情,”吉爾說道。
吉爾補(bǔ)充說,這意味著谷歌的優(yōu)勢證明并不是全面量子計(jì)算之旅的開始。吉爾認(rèn)為IBM自己在這一領(lǐng)域的工作是與眾不同的。
雖然谷歌的研究僅限于科學(xué)實(shí)驗(yàn)室,但I(xiàn)BM一直在與許多公司合作,試圖為這項(xiàng)技術(shù)開發(fā)第一批應(yīng)用程序。IBM一直在使用量子系統(tǒng),而這些系統(tǒng)的設(shè)計(jì)初衷并不是為了顯示其至高無上的地位,而是試實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)勢”,也就是說,實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)勢時,該技術(shù)也就具有了實(shí)際用途時,將使其在處理某些問題上優(yōu)先于經(jīng)典系統(tǒng)。
不過,丹尼爾表示,即使谷歌的系統(tǒng)還不能完全控制,它也是可編程的。馬特·奧奇科(Matt Ocko)是一位風(fēng)險(xiǎn)資本投資者,他支持過許多與量子相關(guān)的初創(chuàng)企業(yè),將其與數(shù)學(xué)家查爾斯·巴貝奇(Charles Babbage)在19世紀(jì)早期設(shè)計(jì)的分析機(jī)(analytical engine)進(jìn)行比較。雖然理論上一個通用的系統(tǒng)可以執(zhí)行不同的任務(wù),但是引擎的硬件必須被設(shè)置來執(zhí)行特定的計(jì)算。
找到為系統(tǒng)編程的方法只是擺在面前的任務(wù)之一,這意味著量子計(jì)算的實(shí)際應(yīng)用還需要數(shù)年時間。但舊金山Data Collective公司的合伙人奧奇科表示,對投資該領(lǐng)域的人來說,谷歌的演示仍然是一個重要的檢驗(yàn)。
雖然IBM希望在十年內(nèi)將量子計(jì)算引入主流商業(yè)應(yīng)用,但谷歌已經(jīng)把目光放得更高了。谷歌希望在解決遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出當(dāng)今計(jì)算機(jī)的問題上取得飛躍,比如蛋白質(zhì)折疊模型或設(shè)計(jì)新材料。舉個更具體的例子,比如設(shè)計(jì)出新材料以為更高效的太陽能發(fā)電系統(tǒng)提供動力。
對于世界上現(xiàn)有的超級計(jì)算機(jī)來說,在爭奪最強(qiáng)大計(jì)算系統(tǒng)的競賽中,他們并不會因此暗淡而走向終點(diǎn)。丹尼爾等專家提醒道,為這些經(jīng)典機(jī)器編程的新技術(shù),可能使它們能夠達(dá)到谷歌的水平。但目前至少谷歌站在計(jì)算機(jī)世界的頂端,沒有受到挑戰(zhàn)。(騰訊科技審校/羽佳)
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