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谷歌宣布实现“量子霸权”被IBM质疑,中国正在发力!

  人类每一天都在见证着历史。10月23日,这是量子计算历史上值得书写的一天。

  谷歌早前被NASA发表又迅速撤下的“量子霸权”的文章,在23日这一天,正式发布在《自然》(Nature)杂志上。这一次,谷歌AI量子团队,对外宣布了其研究结果,表示正式实现了“量子霸权”(quantum supremacy)。

  当天,谷歌CEO桑德尔·皮查伊(Sundar Pichai)在其公司的官网发表了文章——《我们的量子计算里程碑意味着什么》。他表示,谷歌取得这一项研究成果共花费了13年的时间,长期在量子计算上重金投入,是为了更好地解决目前很多棘手的问题,如气候变化、疾病等。

  谷歌团队开启了新的计算形式,论文写到团队开发了一款54量子比特数(其中有53个量子比特可用)的可编程超导量子芯片“Sycamore”,运行随机量子线路进行采样,耗时约200秒就可进行100万次采样,并预估当前最强的超级计算机Summit想要得到类似的结果,需要耗费1万年,基于这一突破,谷歌宣称其率先实现了“量子霸权”。这项成果的突破,让人们使用量子计算又更近了一步。

Sycamore 量子芯片(来源:谷歌)

《自然》杂志上刊登的文章

  何为量子霸权

  “量子霸权”(quantum supremacy)听起来似乎有点“危言耸听”。就根据翻译来看,可以称为“量子优越性”。现在我们就来理解下这些相关概念。

  IBM质疑,谷歌或“放水”?

  量子计算并非易事,至少在目前看来是困难的。所以,在谷歌发布实验结果后,IBM(国际商业机器公司)就质疑其研究结果,称谷歌操控了实验结果。

  IBM研究人员在发表的论文中写道,谷歌在实验中并没有充分挖掘超级计算机的潜力。如果照IBM的方法来对超级计算机进行编程,仅需2.5天就能完成谷歌论文中量子计算机耗时200秒的任务。这样的结果,与谷歌宣称的1万年的确有很大的差距。

  这主要是因为,谷歌对于1万年的时间结论是基于量子计算特性相对经典计算机效率提升,计算得出的数字,并没有把目前超级计算机在存储、网络传输等性能上的优化考虑在内。

  谷歌此次针对的主要问题是随机量子线路采样。“随机量子线路”,简而言之就是随机从一个量子门的集合中挑选单比特量子门,作用到量子比特上,每作用一层单比特量子门,就会接着做一层两比特量子门,多次重复这样的操作后,测量最终的量子态,即完成一次采样。

  谷歌采用这样的方式证实“量子优越性”主要是因为,第一随机线路采样公认有难度,第二谷歌研究环境可实现。

  换句话说,谷歌实现的在特定问题上的“量子优越性”可信,但是有前提条件的。原本“量子优越性”就是针对传统计算机而言的,只要能超过传统计算机就算实现了“霸权”。

  不过,这不能说明谷歌的成果是没有意义的。谷歌打开了量子计算机的大门,就像莱特兄弟创造的飞机,在首次试飞时,也只仅仅飞行了12秒,却开启了人们飞向蔚蓝天空的愿望。谷歌的研究是一个起点,并非终点,谷歌依然在路上。

  正如皮查伊在发布的《我们的量子计算里程碑意味着什么》的文章中所说:“量子计算将是对我们在传统计算机上所做的工作的极大补充。在许多方面,量子将给计算带来完整的循环,赋予我们另一种方式使用通用语言,了解世界和人类,而不仅仅在1和0中,而是在所有状态中:美丽,复杂,并且具有无限的可能性。”

  中国正在发力

  在量子技术方面,中国也不断出台相关的政策,先后启动了“自然科学基金”、“863”计划和重大专项,支持量子计算的研究发展。

  2017年,“十三五”国家基础研究专项规划,将量子计算机列为“十三五”器件“事关我国未来发展的重大科技战略任务”的首位;

  同年,“十三五”科技军民融合发展专项规划,推动包括量子计算在内的新一轮军民融合重大科技项目论证与实施;

  今年3月,济南市正式发布了国内首个量子产业领域的发展规划——《济南市量子信息产业发展规划(2019-2022年)》;

  9月,在合肥举办的新兴量子技术国际会议形成了《量子信息和量子技术白皮书(合肥宣言)》;

  10月23日,合肥本源量子计算科技有限责任公司创始人郭国平表示,将努力实现在2020年底推出中国首台自主知识产权的量子计算器,将包含6个比特超导量子芯片,随时随地可以网络访问。

  近年来,中国在量子计算相关领域也投入了大量的人力、物力和财力,取得了很多优秀的成绩。如中国科学技术大学、浙江大学、中国科学院物理所等为代表的科研团队就先后创造了10个、12个、18个量子比特的成绩,现在更是突破了20个量子比特的超导量子计算技术,接下来他们还将继续努力实现50比特量子计算技术,实现中国的“量子优越性”。

  而在谷歌发布论文的前一天,10月22日,中国科学技术大学的潘建伟和陆朝阳等人在arXiv网站上传了一篇文章《用20个输入光子在60模干涉仪中实现10的14次方态空间的玻色子取样》,这项研究也是在某个特定问题上追求实现“量子优越性”,而这一问题是“玻色子取样”。(“某个特定问题”,即适用于量子计算发挥作用的问题,包括有随机量子线路采样(Random Circuit Sampling)、IQP线路(Instantaneous Quantum Polynomial)、玻色采样(Boson Sampling))也就是说,中国在另一个“量子优越性”的领域上——玻色采样的实验——处于国际领先水平。

  中国科学院院士、中国科学院量子信息重点实验室主任郭光灿就认为,中国要在量子计算领域迎头赶上,还需要做到两点:一是改变现在分散的格局,因为“游击战竞争不过大兵团”;二是摒弃以论文为导向的做法。

  我们正在见证历史。这一次量子计算上的突破,可以说是一次里程碑,虽说还有此起彼伏的质疑声,但科学总是在进步的,不管是谷歌、IBM,还是中国的科研团队,我们在不断的探索通往未来的道路,“质疑”的声音也会更好的让量子技术成为现实,成功运用于社会中。

  站在前人的肩膀上,不是对前人的否定,而是通过前人的高度,不断向上攀登台阶,遥看未来。(欧洲盘观 陈骏佼)

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责任编辑:张薇

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