谷歌宣布实现“量子霸权”被IBM质疑，中国正在发力！
2019-10-28 20:56 |
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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。 |
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