沃尔索尔vs 布莱可浦王孟源:谷歌量子计算机距离实用至少还有九个数量级

果敢头条 时间:2020-01-02 00:12:52

事实上,有丁点实用价值的量子计算,共要也可以达到上图的蓝色区域沃尔索尔vs 布莱可浦。目前量子计算被吹捧并获得各国政府极度重视的真正意味着着,是并能破解通信上的公开码,非要 就可以达到上图中的红色区域北京华纳音悦国际传媒有限公司。Google的量子计算器真是与非 先进,但距离实用目标还有共要九个数量级之遥;现在就宣称胜利,纯属忽悠大众的商业宣传华纳国际影城吉安。

经读者指出,此图来自孙昌璞院士等作者的论文

然而你这个古典应用应用程序的运行时间(Runtime),可以在数学上证明是与2^n成正比,这里n是量子位的数目,亦即Google实验中的53。本来 即使在n=53的条件下古典计算机可以一搏,到n=90左右的时候,也会重现量子霸权。这共要也本来 三四年的研发时间。

事实上,Google的你这个结果,比毫无实用价值可以糟糕。要理解你这个点,大伙儿先回顾一下当前量子计算界的处境。现在的世界纪录是共要200个量子位(DWave的量子计算器是假的);因此 那此位很不稳定,非常容易与附进的巨观环境起作用而丧失量子态,这是我时候详细讨论过的量子退相干过程(Quantum Decoherence)。要知道计算的输出(Output)是应用应用程序逻辑的结果,而可以量子噪音的后果,就可以有纠错机制。

下面是Google所用的Sycamore(梧桐;名字纯属巧合,并不乱做联想)量子避免器的示意图;其中灰色的叉叉是个别量子位,蓝色的长方块是耦合器,共有88个,它们负责将有二个多多 相邻的位转化为纠缠态。时候应该有5有二个多多 量子位,因此 其含有二个多多 失效无法修复(白色叉叉),本来 整个实验非要用上5一个多位;有效的耦合器也因而减少了有二个多多 ,剩下86个。

IBM为美国能源部开发建造的“顶点”超级计算机

IBM出来泼冷水的研究,是采用了更高效的古典超级计算机设置,结果只用了五六天半,共要比Google团队的估计快了一个多数量级,本来 并不非要 意义的。

Google所做的应用应用程序是先从86个耦合器和5一个多位中随机选出累积,被选中的会被开启而占据 作用,叫做闸门(Gate)。位的闸门(Single-Qubit Gate)作用是产生对应着随机古典结果的量子态;耦合器的闸门(Two-Qubit Gate)作用则是将相邻的位纠缠起来。那此作用合起来,形成有二个多多 循环(Cycle);详细总共有20多个循环被时候随机选则 ,它们一并组成有二个多多 线路(Circuit)。Google在实验中所用的最繁杂线路,含有了111一个多单位元闸门和4200个双位闸门。

IBM的算法(Algorithm)仍然是以蛮力(Brute Force)为主,因此 未来发明权人了更巧妙的算法,因此 会让古典应用应用程序又再增速好多个数量级,不过这顶多是把门坎抬高到n=200。换句话说,最多最多也本来 延迟Google的量子霸权十年左右罢了。

【文/观察者网专栏作者 王孟源】

首先,大伙儿先回顾一下那此是“量子霸权”;它指的是量子计算器在某个有实用价值的应用应用程序可以比现有的古典计算机高效本来。请注意,一般人往往忘记你这个定义中要求有实用价值的那累积,本来 我一开始英文了了就疑心Google团队钻的是你这个漏洞,因此 因此 写过一篇文章来推测其中的奥秘(参见前文《Google的量子霸权是缘何回事?》)。现在因此 有了更详细的消息,我要更精确地解释Google的这篇论文,希望让理工科出身的读者都能理解。

非要 大伙儿的结论是量子霸权在20200年时候必然会占据 吗?可以的,Google这篇论文的真正问提图片,没了那此细节上,而在于整体设计,也本来 在本文开头所提的,应用应用程序的实用价值。

真正累似 的,是建发明权人有二个多多 繁杂而非要 实用性的机器,因此 说它在产生独特的噪音上,是与非 可比喻的速率单位。换句话说,大伙儿是先射箭、再画靶,Sycamore本人随便动一动,因此 叫古典计算机来做仿真;因此 时候也算量子霸权,非要 随便找有二个多多 有5一个多原子的系统,要求古典计算机来仿真它历时200秒的演变,同样也会可以万年以上。

上个月,NASA大意提前泄露了Google的量子霸权论文,因此 违反了Google公关部门的计划,本来 太快了 了 就撤下。其后,Google遵循典型的商业炒作方案,始终三缄其口,时不时到2019年10月23日,论文正式在《Nature》发表,伴随着各式各样的公关吹嘘,铺天盖地而来。

要比较有二个多多 不同工程方案的优劣,有二个多多 很重要的隐性前提是要达成同样的、有实用价值的目标。Google的公关文稿,把大伙儿的你这个“成就”和200多年前莱特兄弟(Wright Brothers)的首次飞行相比,本来 故意混肴视听:莱特兄弟(Wright Brothers)的飞机是围绕着有二个多多 历史长久、公认有价值的目标(亦即动力飞行)而设计制造的成品;Google的Sycamore却执行了有二个多多 本来用处都非要 的应用应用程序。

Google的你这个“突破”,第有二个多多 巧妙之占据 于用的是内生的(Endogenous)随机量子态,而可以时候指定的(亦即Exogenous,外源性的)串行。真是Google团队可以试图去影响那此原始量子位之间的纠缠,实际上是与非 成功,并非要绝对精确地验证。换句话说,大伙儿根本非要 避免纠错的基本难关,而只估计出Sycamore保持量子态的半衰期共本来10微秒,非要 因此 每一轮应用应用程序圈子费时非要7微秒(=200秒/20000000轮),大累积时候量子退相干还非要 占据 。因此 又再巧妙地只考虑统计结果,非要 少累积的噪音就可以遮盖住了。

经过小规模的试用时候,最终Google团队用详细5一个多量子位跑你这个应用应用程序圈子3千万次,你这个共费时200秒。Google估计最新的古典超级计算机也要耗时20000年,本来 可以自夸“量子霸权”。

接下去是重复以下的你这个应用应用程序圈子(Loop):首先把所有的位清零;接着让时候选定的固定线路占据 作用,制发明权人新的量子态;因此 详细位进行塌缩,以便形成古典的0或1读出。本来 结果是有二个多多 看似随机的53位序列,因此 内含量子纠缠,本来 位之间并不真正的统计独立,本来 有由量子纠缠来决定的繁杂相关性(Correlation)。

目前人类所知的量子纠错机制,可以用上200-20000个原始的量子位,并能产生有二个多多 稳定可靠的位(叫做逻辑位,Logical Bit)。世界纪录是连有二个多多 逻辑位都非要 的。

有趣的是,与其一并,IBM在官方博客公然唱反调,发表了一篇本人的论文稿,宣称因此 证明Google并非要 达到量子霸权。非要 到底谁是谁非呢?

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这里最基本的毛病,在于Google的量子计算器并无法自行保证结果是正确的,事实上大伙儿知道它不因此 是绝对正确的,顶多非本来近似正确。相对的,古典计算机给出的结果却是绝对精确可靠的。这时硬要比较两者所费的时间,显然可以公平的。

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