「量子霸权」真的来了：谷歌论文正式在《自然》杂志发表

谷歌认为，它已找到了一条开发容错量子计算机的出路。

谷歌的研究人员今天在《自然》杂志上发表了量子计算方面的最新成果，展示了其新的Sycamore处理器如何在短短200秒内运行需要全球最庞大的超级计算机耗时10000年才能完成的测试计算。

关于该论文的消息上个月通过美国宇航局（NASA）的官网泄露出去，详细说明了谷歌实现了所谓的“量子霸权”（quantum supremacy）：当量子计算机能够解决经典计算机耗费太长时间以至于不能被认为切合实际的问题时，才称得上实现量子霸权。

IBM本周对谷歌声称已实现量子霸权的说法提出了质疑，因为这家广告巨头的研究人员未能为经典计算机上的“大量磁盘存储”及其他资产作出说明。IBM的研究人员声称，谷歌应对的挑战只需要一台经典计算机耗时两天半，而不是10000年。

IBM的研究人员写道：“由于John Preskill在2012年提出的‘量子霸权’这个术语其初衷是描述量子计算机在哪个点可以完成传统计算机无法完成的工作，因此尚未达到这个阈值。”

IBM最近宣布会在10月中旬推出其53个量子比特的系统，因此，它很在乎自己不被谷歌的研究超越。

IBM的人员说：“谷歌的实验充分演示了基于超导的量子计算方面取得的进展，展示了53个量子比特设备上最前沿的门保真度，但不应该将此视为证明量子计算机‘显著优于’经典计算机。”

不过，谷歌首席执行官Sundar Pichai仍声称谷歌的工作是“量子计算方面的重大突破，即量子霸权。”

面对外头的极客，Pichai将其描述为‘这是我们一直在等待的‘hello world’时刻——迄今为止使量子计算成为现实的道路上取得的最有意义的里程碑。”

量子计算的魅力在于，由于名为叠加的量子特性，量子比特可以同时为0和1。

因此，量子计算机上的1和0可以随时处于四种可能的状态，而不是传统计算机中只有1和0。拥有54个量子比特的量子计算机可能有254个计算状态；由于它可以呈指数级扩展，因此计算机有望在一天内解决复杂得多的挑战。

谷歌的研究人员在该公司的AI博客上更详细地介绍了Sycamore处理器。

标题《使用可编程超导处理器的量子霸权》，整篇博文云头条现编译如下：

作者：谷歌AI量子团队的量子硬件首席科学家John Martinis和量子计算理论首席科学家Sergio Boixo

30多年来，物理学家们一直在谈论量子计算的功能，但一直存在这个问题：量子计算技术果真会做有用的工作吗？值得投入吗？对于如此大规模的项目，制定决定性的短期目标以证明设计是否朝着正确的方向发展是良好的工程做法。因此，我们设计了一个实验，这是帮助回答这些问题的重要里程碑。该实验被称为量子霸权实验，为我们的团队克服量子系统工程中固有的许多技术挑战，制造出可编程且功能强大的计算机提供了方向。为了测试整个系统的性能，我们选择了一个敏感的计算基准：如果计算机的单单一个部件不够好，该基准将无法通过。

为了执行基准测试，我们开发了一种名为“Sycamore”的54个量子比特的新处理器，该处理器由快速高保真的量子逻辑门组成。我们的机器在200秒内完成了目标计算；从实验中的测量结果来看，我们确定世界上最快的超级计算机需要10000年才能获得类似的输出。

左图：艺术家描绘的安装在低温恒温器中的Sycamore处理器。（谷歌常驻AI量子艺术家Forest Stearns）右图：Sycamore处理器照片。（研究科学家兼量子硬件生产负责人Erik Lucero）

实验

为了解该基准的工作原理，设想一下热情的量子计算新手造访我们的实验室，以便在我们的新处理器上运行量子算法。他们可以利用基本门操作的小词典编写算法。由于每个门都有出错概率，我们的客人希望将自己限制在一个适度的顺序，总共约1000个门。假设这些程序员之前毫无经验，他们可能创建的东西实际上如同随机序列的门，这好比是量子计算机的“hello world”程序。由于随机电路中没有经典算法可以利用的结构，模拟这类量子电路通常需要经典超级计算机完成大量的工作。

（编辑：核心网）

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