原標題：200秒＝超算1萬年 谷歌實現(xiàn)“量子霸權(quán)”論文上架隨即被撤回 來源：騰訊網(wǎng)

谷歌達成量子霸權(quán)是個大事。先不說別的，這至少意味著，沒有不能破解的代碼了。

邊策 栗子 發(fā)自 凹非寺

量子位 出品 | 公眾號 QbitAI

量子計算機用3分20秒完成的一項計算，全球最強大的超算Summit要花1萬年。

這個成果，來自谷歌最新的量子計算研究，發(fā)表在NASA官網(wǎng)上。論文宣布，“量子霸權(quán)”實現(xiàn)了。

英國政府的量子技術(shù)顧問Steve Brierley說：

這是第一次有人證明，量子計算機的性能真的能超過經(jīng)典計算機。

是個了不起的成就。

另外，美國民主黨的總統(tǒng)參選人楊安澤，推特轉(zhuǎn)發(fā)了這則，引起強烈關(guān)注，一日便有5100人點贊：

大事啊，至少說明，沒有什么破解不了的密碼了。

雖然，NASA沒過多久便下架了這篇論文，但正因如此，人類反而對谷歌新的成果更加好奇了。

一窺論文

NASA匆匆撤下了論文，我們?nèi)匀荒軓木W(wǎng)頁緩存中一窺論文的內(nèi)容。

谷歌在論文摘要中說：

我們使用具有53個超導(dǎo)量子位的可編程處理器，占用狀態(tài)空間為253≈1016。重復(fù)實驗的測量結(jié)果會采樣相應(yīng)的概率分布。

我們使用經(jīng)典模擬進行驗證。雖然我們的處理器大約需要200秒來采樣一

百萬個量子電路實例，但是一臺先進的超級計算機將需要大約1萬年的時間來執(zhí)行等效的任務(wù)。

相對于所有已知經(jīng)典算法而言，這種巨大的提速在實驗中實現(xiàn)了計算任務(wù)上的量子霸權(quán)，并預(yù)示了人們期待已久的計算范式的出現(xiàn)。

在摘要中，谷歌揭示了這臺量子計算機強大的原因，由于量子力學(xué)中物體的狀態(tài)是在希爾伯特空間中演化，因此只需53個量子位就可以模擬1016種狀態(tài)，而這個數(shù)字已經(jīng)超出了當(dāng)今超級計算機的運算能力（一般是等價于50個量子比特）。

主要指出的是谷歌雖然實現(xiàn)了72個量子位的芯片，但這和72位量子計算機是兩回事。谷歌Bristlecone芯片是利用9個相同模式的量子比特進行耦合，然后依次擴展出去，并非實現(xiàn)了兩兩量子比特之間的耦合。

量子計算機的實際應(yīng)用也面臨諸多問題。由于在于0和1兩種狀態(tài)之間的能量差太小，需要降低到絕對零度附近，才能防止被熱量所破壞。

此外，粒子之間狀態(tài)的耦合也有時間限制，時間一長，兩個粒子將不再“相干”。在進行量子計算實驗時，所有的量子操作要在量子退相干之前完成，才能保證量子操作的保真度（Fidelity），否則運算結(jié)果將不再可信。

今年3月，谷歌在一篇論文中給出了如下的量子計算機演化概念圖：

這張圖顯示了量子計算錯誤率和量子比特數(shù)之間的關(guān)系。谷歌量子人工智能實驗室的預(yù)期研究方向為圖中紅色曲線，他們希望通過建立糾錯量子計算機，降低錯誤率，從而將這項技術(shù)推入右下角的綠色可用區(qū)域。

什么是量子霸權(quán)

量子霸權(quán)，也叫量子優(yōu)勢，即在未來的某個時刻，功能強大的量子計算機可以完成經(jīng)典計算機幾乎不可能完成的任務(wù)。

比如在一天之內(nèi)破解原本幾萬年才能破解的密碼、實現(xiàn)通用人工智能、快速模擬分子模型。

提出這一假想的原因是，量子計算機的發(fā)展似乎遵循著“內(nèi)文定律”，而經(jīng)典計算機遵循著“摩爾定律”。

提出內(nèi)文定律的Hartmut Neven

摩爾定律為大眾所熟知，即計算機芯片的晶體管密度每18個月翻一番，算力增強一倍，這是一種指數(shù)增長的規(guī)律。但是近年來隨著晶體管的尺寸逐漸逼近物理學(xué)極限，這一定律已經(jīng)放緩甚至失效。

而來自谷歌量子人工智能實驗室的負責(zé)人Hartmut Neven認為，量子計算機的速度正在以雙指數(shù)的速度增長。雙指數(shù)是指數(shù)之上再加一層指數(shù)，形式如下：

Neven認為，量子計算機比經(jīng)典計算機存在著兩個指數(shù)優(yōu)勢：

首先，量子位相比普通位具有效率優(yōu)勢，如果一個量子電路具有4個量子位，那么需要一個具有16個普通位的經(jīng)典電路才能實現(xiàn)等效的計算能力。

其次，量子芯片也在快速改進。谷歌量子芯片正在以指數(shù)級的速度發(fā)展，這種快速的改善是由于量子電路中錯誤率的降低。而降低錯誤率能幫助我們構(gòu)建更大的量子芯片。

雙指數(shù)的增長速度遠遠快于指數(shù)函數(shù)，因此谷歌認為雖然量子計算機速度現(xiàn)在遠不及經(jīng)典計算機，但是總有一天會超過后者。