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谷歌“量子优势”开创计算机领域新时代? IBM研究主管:浮夸

2019-09-25 17:52:40 腾讯科技 浏览数: 时讯网

图注:谷歌声称其量子芯片在3分20秒内完成了一次计算,而这一次计算让世界上最强大的超级计算机来完成则需要1万年的时间 腾讯科技讯 谷歌近日宣称自己实现“量子优势”(quantum supremacy,也称“量子霸权”)后有多种评论,这究竟是一个重大的科学突破,代表...

  图注:谷歌声称其量子芯片在3分20秒内完成了一次计算,而这一次计算让世界上最强大的超级计算机来完成则需要1万年的时间

  腾讯科技讯 谷歌近日宣称自己实现“量子优势”(quantum supremacy,也称“量子霸权”)后有多种评论,这究竟是一个重大的科学突破,代表着计算机的第二个时代的曙光?还是仅是一项几乎没有实际应用的引人注目的研究。据外媒报道,对于前一种说法,IBM研究主管接受采访时称其“浮夸”。

  谷歌的研究人员表示,他们已经建造了第一台量子计算机,该量子计算机的计算能力,即使按照传统或经典路线建造的最强大的机器,已无法与其匹敌。这么看的话,人们期待已久的“量子优势”的壮举像是已经实现。

  但并不是所有人都认为这是计算机科学的转折点。IBM研究主管达里奥·吉尔(Dario Gil)表示,谷歌的说法“站不住脚,它完全错了”。IBM是这场量子计算竞赛的参与竞争者之一。

  在赞扬谷歌的一些技术进步的同时,吉尔驳斥了“这是计算领域一个开创性时刻”的说法,但他认为这应该被称为一个宏伟的时刻。

  吉尔说:“这项研究只是一个实验室实验,基本上,几乎可以肯定地说,它完全是为了实现一个非常具体的量子采样程序,没有实际应用。”

  然而,在该领域工作的其他人更愿意支持谷歌的说法。IBM前高管、量子计算初创企业负责人查德·里格蒂(Chad Rigetti)说,这项研究意义深远。“对于这个行业来说,达到这个里程碑是非常重要的。这对人类和科学来说都是一个重大时刻。”

  谷歌在一篇题为《使用可编程超导处理程式的量子优势》(Quantum supremacy using a programmable superconducting processor)的研究论文中宣布了它的突破。英国一家媒体首先报道了这一消息,上周该消息被短暂发布在美国宇航局的一个网站上,随后被删除。而谷歌公司尚未表示何时将论文进行正式出版。

  数字计算机中的比特不是1,就是0,与此不同的是,量子比特之下,两者可以是同时存在的。再加上另一种被称为纠缠的量子现象,量子比特可以通过纠缠影响其他甚至没有连接的量子,这为系统处理更复杂的大量问题开辟了道路。

  计算机界的部分争议在于“量子优势”一词。这个词由理论物理学家约翰·普莱斯基尔(John Preskill)于2012年创造,指的是利用新技术构建的系统能够解决某个问题的时刻,而这“某个问题”是指即使是最强大的超级计算机也无法处理的问题。

  这个术语意味着,从现在开始,量子计算机将占据优势,而几乎可以肯定的是,谷歌的说法已经引发了争议。

  据一位熟悉该公司的知情人士透露,谷歌的研究人员担心,声称“量子优势”会让他们显得傲慢。他们考虑过为自己的成就创造一个不同的解释短语。

  谷歌的优势地位是基于一个在规模或范围上有限的技术测试,即创建一个能够证明随机数生成器生成的数字是真正随机的数字的系统。该公司为此设计的量子芯片代号为Sycamore,在3分20秒内就完成了计算。研究人员估计,世界上最强大的超级计算机需要1万年才能达到同样的结果。

  看到这项研究的里格蒂等专家表示,在这个有限的演示背后,是一系列将具有更广泛应用的技术突破,这为全面量子计算指明了道路。

  由于难以控制量子比特,今天所有的基本量子系统都受到了影响。它们的量子态只维持了不到一秒钟的时间,在构建有用的系统时,纠正这些系统中的错误是最大的问题。然而,谷歌研究人员声称,他们已经做了足够的工作,产生了显着的结果。

  根据南加州大学工程学教授丹尼尔·雷达(Daniel Lidar)的说法,真正的突破是大大降低了量子位相互干扰的程度,即一个叫做“串扰”(crosstalk)的问题。这使得研究人员能够在他们的系统中达到0.1%的保真度。丹尼尔说,尽管看起来很低,但相对于其他团队的成果,这仍然代表着非常低的错误率。

  丹尼尔补充称,谷歌还能够展示,其系统中的误差是清楚的并且彼此不相关,而这也意味着它所使用的纠错技术总有一天会适用于更复杂的系统。

  “他们已经展示了一条可扩展量子计算的道路,”丹尼尔说道。“一旦你有了一台完全纠正了错误的量子计算机,你将前途无量。”

  然而,IBM的吉尔表示,谷歌该“系统”是一种专门用来处理单个问题的硬件,它远不是一台真正可编程的通用计算机。“执行这个任意的程序是一件非常具体的事情,”吉尔说道。

  吉尔补充说,这意味着谷歌的优势证明并不是全面量子计算之旅的开始。吉尔认为IBM自己在这一领域的工作是与众不同的。

  虽然谷歌的研究仅限于科学实验室,但IBM一直在与许多公司合作,试图为这项技术开发第一批应用程序。IBM一直在使用量子系统,而这些系统的设计初衷并不是为了显示其至高无上的地位,而是试实现“量子优势”,也就是说,实现量子优势时,该技术也就具有了实际用途时,将使其在处理某些问题上优先于经典系统。

  不过,丹尼尔表示,即使谷歌的系统还不能完全控制,它也是可编程的。马特·奥奇科(Matt Ocko)是一位风险资本投资者,他支持过许多与量子相关的初创企业,将其与数学家查尔斯·巴贝奇(Charles Babbage)在19世纪早期设计的分析机(analytical engine)进行比较。虽然理论上一个通用的系统可以执行不同的任务,但是引擎的硬件必须被设置来执行特定的计算。

  找到为系统编程的方法只是摆在面前的任务之一,这意味着量子计算的实际应用还需要数年时间。但旧金山Data Collective公司的合伙人奥奇科表示,对投资该领域的人来说,谷歌的演示仍然是一个重要的检验。

  虽然IBM希望在十年内将量子计算引入主流商业应用,但谷歌已经把目光放得更高了。谷歌希望在解决远远超出当今计算机的问题上取得飞跃,比如蛋白质折叠模型或设计新材料。举个更具体的例子,比如设计出新材料以为更高效的太阳能发电系统提供动力。

  对于世界上现有的超级计算机来说,在争夺最强大计算系统的竞赛中,他们并不会因此暗淡而走向终点。丹尼尔等专家提醒道,为这些经典机器编程的新技术,可能使它们能够达到谷歌的水平。但目前至少谷歌站在计算机世界的顶端,没有受到挑战。

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