鈦媒體注：北京時間昨日晚間，據(jù)外媒報道，谷歌周三稱在計算機研究領(lǐng)域取得了一項突破，打造出了第一臺能夠超越當(dāng)今最強大的超級計算機能力的量子計算機。

該量子系統(tǒng)只用了 200 秒完成一個計算，而同樣的計算用當(dāng)今最強大的超級計算機 Summit 執(zhí)行，需要約 10000 年。

為了詳細介紹谷歌的量子成就，谷歌CEO桑德爾·皮查伊在公司網(wǎng)站上發(fā)表了題為“我們的量子計算里程碑意味著什么”的文章，對谷歌在量子計算領(lǐng)域取得的突破做了回顧，并對其應(yīng)用前景進行了展望。

皮查伊在文章中稱，谷歌取得這一突破前后共花費了13年的時間。當(dāng)初之所以押注量子計算，是因為谷歌相信，量子計算可以加速解決一些世界上最緊迫的問題，從氣候變化到疾病。

如今，有了這一突破，人們距離應(yīng)用量子計算更近了一步。例如，設(shè)計更高效的電池，使用更少的能源制造肥料，并找出哪些分子可以制造有效的藥物等等。

皮查伊還將谷歌取得的量子計算突破比作第一枚火箭成功脫離地球引力到達太空邊緣：許多人質(zhì)疑人類進入太空、探索太空的意義，但逐漸人們便意識到這是對科學(xué)來說的一個重大創(chuàng)舉，因為它允許人類設(shè)想完全不同的旅行，到月球、火星，超越我們自己的星系；它將看似不可能的事情推上了日程。

谷歌的量子計算攻堅之路

實際上，入局量子計算領(lǐng)域，始于13年前。

彼時，谷歌科學(xué)家Hartmut Neven開始探索一個新的idea——用量子計算來加快機器學(xué)習(xí)的速度，并催生了谷歌AI量子團隊。

2014年，美國物理學(xué)會院士John Martinis加入了谷歌，擔(dān)任谷歌量子硬件首席科學(xué)家，領(lǐng)導(dǎo)構(gòu)建量子計算機的工作。

兩年后，量子計算理論首席科學(xué)家Sergio Boixo在Nature Communications上發(fā)表了相關(guān)論文，最終將團隊的工作重點聚焦到了量子優(yōu)勢性計算任務(wù)上來。

這是一場伴隨著風(fēng)險與機遇的科研豪賭。即使對于谷歌的明星團隊來說，也一樣是巨大的挑戰(zhàn)。

實際上，在去年10月之前，谷歌在量子優(yōu)越性方面的進展始終有限。

然而，2018年10月，谷歌因加州野火久撲不滅，不得不短暫關(guān)閉位于圣克拉拉的實驗室，一眾科學(xué)家也被迫休假。但就在這期間，谷歌催生出新思路，然后在研究方法上實現(xiàn)了飛躍，從而為如今取得了卓越成就奠定了基礎(chǔ)。

從經(jīng)典計算機到量子計算機：計算量級的指數(shù)性突破

如今，鏖戰(zhàn)13年，谷歌的這項研究成果終于發(fā)布。一開始，該突破性成就在 NASA 網(wǎng)站上發(fā)布，但不久被悄悄刪除；如今，則發(fā)布在了最新一期的《自然》(“Nature”)雜志上。

Nature 同時還發(fā)表了一篇 “新聞與觀點” 文章，稱這一成就是量子計算的重大里程碑事件。

量子計算的一個目標(biāo)是以指數(shù)級倍數(shù)超過傳統(tǒng)經(jīng)典計算機的速度執(zhí)行特定計算任務(wù)。

實現(xiàn)這一目標(biāo)需要克服許多挑戰(zhàn)，比如在產(chǎn)生較大計算空間的同時保證計算錯誤率低，以及設(shè)計一種經(jīng)典計算機難以處理、但量子計算機可以輕松完成的基準(zhǔn)測試。

論文通訊作者 John Martinis 和同事描述了實現(xiàn)量子霸權(quán)所取得的技術(shù)進展。他們研制了一臺由 54 個量子比特組成的處理器 (名為 Sycamore 處理器)，該處理器利用量子疊加和量子糾纏實現(xiàn)的計算空間與經(jīng)典比特所能達到的相比，實現(xiàn)了指數(shù)級的增加。由于有 1 個量子比特?zé)o法有效工作，處理器實際只用了 53 個量子比特。

Sycamore 處理器的照片 圖片來源@新智元

量子計算的指數(shù)級計算空間增長，是由量子比特的“疊置”屬性實現(xiàn)的。

谷歌CEO皮查伊在其文章中提到，

“傳統(tǒng)計算機中的一個比特（bit）可以將信息存儲為0或1，而一個量子比特（qubit）可以同時為0和1，這便是“疊置”的屬性。如果你有兩個量子比特，就會有四種可能的狀態(tài)，你可以把它們疊加在一起；對于333個量子比特，會有2^333，或1.7x10^100個計算狀態(tài)。

顯然，這種計算狀態(tài)會呈“指數(shù)級”增長。你可以把它疊加在一起，允許量子計算機同時探索一個問題可能擁有的許多解決方案。”

此外，研究團隊開發(fā)的糾錯流程可以保證較高的運算保真度 （高達 99.99%）。為了測試該系統(tǒng)，團隊設(shè)計了一項對量子電路產(chǎn)生的隨機數(shù)字進行采樣的任務(wù)。

對于經(jīng)典計算機來說，這一任務(wù)的難度會隨量子電路中量子比特數(shù)的增加而增加。最后，量子處理器在 200 秒左右的時間內(nèi)從量子電路中采集了 100 萬個樣本，而當(dāng)今最強大的超級計算機大約需要 1 萬年的時間才能完成這一任務(wù)。

不過，對于谷歌在量子領(lǐng)域取得的開拓性成就，Nature 也在文章中指出，量子計算機投入實際應(yīng)用前，還需開展更多工作，比如實現(xiàn)可持續(xù)的容錯運算。

谷歌自身也對此表示，下一步，他們團隊未來有兩個主要目標(biāo)：一個是將向合作者和學(xué)術(shù)研究人員，以及對開發(fā)算法和尋找今天的 NISQ 處理器的應(yīng)用程序有興趣的公司提供量子霸權(quán)級處理器，希望更多富有創(chuàng)造力的研究院進入這個領(lǐng)域；另外，他們也正在投資團隊和技術(shù)，以盡快打造一臺容錯的量子計算機。

贊譽與質(zhì)疑并存，IBM稱谷歌夸大量子計算成果

從海外各大主流媒體的報道來看，無疑呈現(xiàn)出“谷歌突破一小步，人類科學(xué)一大步。”的贊譽之聲。

這個突破經(jīng)由CEO皮查伊親自官宣、論文登上Nature 150周年紀念特刊的科技研究成果，甚至連特朗普的大女兒伊萬卡都忍不住第一時間發(fā)出了推特賀電。

然而，針對谷歌“量子霸權(quán)”事件的批判和質(zhì)疑也接踵而至。

就在Nature論文發(fā)表的前一天，IBM 研究人員發(fā)文稱，谷歌并未充分利用超級計算機的存儲潛力，所以上述說法可能站不住腳。

IBM這次的評論也可能源于兩家大型科技公司在量子計算領(lǐng)域的激烈競爭。量子計算是一個未來領(lǐng)域，目前仍未出現(xiàn)確鑿的領(lǐng)頭羊，因此，谷歌和IBM都希望與對方一爭高下，而微軟、英特爾也積極參與到這項研究中。

針對此次谷歌的量子計算研究成果，IBM 團隊寫道:

在一個經(jīng)典的系統(tǒng)上，同樣的任務(wù)的理想模擬可以在 2.5 天內(nèi)完成，而且保真度要高得多。

這實際上是一個保守的、最壞情況的估計，我們預(yù)計，隨著進一步的改進，模擬的成本可以進一步降低。

持不同觀點也包括其他的專家人士。美國路易斯安那州立大學(xué)教授喬納森 道林說，目前，IBM 似乎有一些優(yōu)勢。谷歌選擇了一個他們認為在經(jīng)典機器上很難解決的問題，但現(xiàn)在 IBM 已證明這個問題沒有谷歌想象的那么難。

這意味著谷歌或許并沒有表現(xiàn)出量子霸權(quán)，這一賽道的競爭仍在激烈地持續(xù)。

（鈦媒體編輯陶淘綜合自新浪科技、量子位、新智元）

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的谷歌取得量子计算突破：200秒完成经典计算机10000年计算任务的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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