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量子霸权何时到来?谷歌专家:或许就在今年

(2019-07-20 10:06:55)
标签:

道学

林家乐生命学





量子霸权何时到来?谷歌专家:或许就在今年






量子霸权何时到来?谷歌专家:或许就在今年

谷歌“Foxtail” 量子处理器。图片来源:Google/Erik Lucero

谷歌量子人工智能实验室主任 Hartmut Neven 认为量子计算机正以“双重指数“的速度发展。如果他的看法是正确的,那么量子霸权很快就要到来。

撰文 | Kevin Hartnett

翻译 | 刘奇

审校 | 戚译引

来源 | 科研圈(ID:keyanquan)

2018 年 12 月,Google AI 的科学家使用谷歌最好的量子处理器进行运算,那时他们还能在普通的笔记本电脑上复现运算过程。次年 1 月,他们在增强版量子处理器上进行同样的运算,这次他们就不得不使用一台强大的台式计算机来复现了。到了 2 月份,大楼里没有任何经典计算机可以来复现了,研究人员只能申请使用谷歌庞大的服务器网络来实现。

谷歌量子人工智能实验室(Quantum Artificial Intelligence lab)主任 Hartmut Neven说:“二月的某个时候,我不得不打电话说,‘嘿,我们需要更多的配额。’我们当时正在处理由一百万个处理器运行的工作。” 

这种快速的演进产生了所谓的“Neven 定律”,这是一种新的定律,用来描述量子计算机在经典计算机上的发展速度。这条定律来自于 Neven 的内部观察,然后他在今年 5 月份的谷歌量子春季研讨会(Google Quantum Spring Symposium)首次提出了这个定律。他说,量子计算机正在以“双重指数”的速度拥有相对于经典计算机的计算能力,这是个惊人的快速演变。

双指数增长的过程“最初看起来什么都没有发生,还是什么都没有发生,然后,哎,一下子,你突然就进入了一个不同的世界,这就是我们现在所经历的,” Neven 说。

指数增长的速度就已经够快的了。指数增长指的是某些量以 2 的幂次级增长,例如 21、22、23、24。刚开始的增长可能不明显,但随后的增长是巨大的。著名的摩尔定律就是指数形式的,它指的是计算机性能每两年会翻一番。

双指数增长远比指数增长更加令人惊叹。数量级不是按 2 的幂增长,而是按 2 的幂的幂增长,也就是:

量子霸权何时到来?谷歌专家:或许就在今年

双指数增长太怪异了,以至于在现实中很难找到这样的案例。量子计算的发展速度可能是第一个。

Neven 说,量子计算机以双指数增长超越计算机的过程是两个指数因子相互组合的结果。第一,量子计算机比经典计算机有一个先天的指数优势。举个例子,如果一个量子电路有 4 个量子比特,那么一个 16 比特的经典电路才能与其计算能力等效。即使量子技术从未发生进步,这也是事实。

第二个指数因子源于量子处理器的快速改进。Neven 说,谷歌最好的量子芯片计算能力最近一直在以指数增长。(这种快速的改进是因为量子电路中的错误率降低了,这让工程师们得以建造更大的量子处理器)。如果经典计算机的计算能力需要以指数形式增长,才能模拟量子处理器,同时量子处理器计算能力也随时间呈指数增长,你最终会发现量子计算机和经典计算机之间的双指数关系。

量子霸权何时到来?谷歌专家:或许就在今年

Hartmut Neven。图片来源:Hartmut Neven

并非所有人都相信这个定律。一方面,经典计算机的改进并非止步不前,即使摩尔定律或许即将终结,但普通的计算机芯片也在不断改进。同时,计算机科学家们也不断设计出更高效的算法,来推动经典计算机的进步。

马里兰大学量子信息与计算机科学联合中心联合主任 Andrew Childs 说:“在我看来,考虑所有的因素,包括经典计算机和量子计算机的改进,我仍然认为这很难说是双指数增长。”

虽然量子计算机追上经典计算机的相对速度可能有争议,但毫无疑问的是,量子技术正在迅速发展。

 得克萨斯大学奥斯汀分校的计算机科学家 Scott Aaronson 在一封电子邮件中写道:“我认为这些不可否认的进步,把那些相信大规模量子计算行不通的人将了一军,现在轮到他们来解释这样的发展趋势会在什么阶段、因为什么原因停止了。”

量子计算领域的终极目标是进行高效的量子计算,这种计算即使是最强大的经典计算机(目前是美国橡树岭国家实验室的“顶点”超级计算机)也无法在合理的时间尺度内进行模拟。在研究量子计算机的不同团队中,谷歌尤其着重强调其对这一里程碑的追求,即所谓的“量子霸权”。

时至今日,量子霸权仍然显得不可捉摸——有时它看起来即将来临,却又从来不在我们的掌握之中。但是,如果 Neven 定律成立,那么量子霸权的到来将指日可待了。Neven 没有明确提出谷歌团队夺得量子霸主地位的确切时间,但他认为这件事很快就会发生。

Neven 说:“我们经常说,我们觉得我们将在 2019 年实现这一目标。艰难的关键时刻马上就要来临。”

来源:环球科学

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