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【转载】量子霸权何时到来?或许就在今年

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本文来自“环球科学Scientific American”
时间: 2019年07月19日 | 作者: Kevin Hartnett | 来源: Quanta Magazine
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。量子霸权或许很快就要到来。







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


来源 Quanta Magazine
撰文 Kevin Hartnett
翻译 刘奇
审校 戚译引


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:






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。




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。”


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本楼含有高级字体1楼2019-07-20 23:13
    关于网络的真假被楼主禁言,将不能再进行回复
    今年实现目标?


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    来自Android客户端2楼2019-07-20 23:20
      下个月的环球应该可以看到这篇文章,我有点期待下个月的内容了


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      来自Android客户端3楼2019-07-21 01:46
        查了一下,貌似经典计算机是量子计算机的特殊情况?就像正方形对矩形那样?


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        来自iPhone客户端5楼2019-07-21 06:20
          不知道,不了解,不明白,那就点个赞吧,经验+3


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          来自Android客户端6楼2019-07-21 08:51
            衣服看着有点科幻感


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            来自Android客户端7楼2019-07-21 09:14
              中国有句古话叫


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              来自Android客户端8楼2019-07-21 13:00
                有一个严重的问题……量子计算机的一切软件应该都要重写


                收起回复
                来自Android客户端10楼2019-07-22 17:22
                  啥时候光线追踪烂大街啊?


                  收起回复
                  来自Android客户端12楼2019-07-25 11:04
                    管我吊事,反正这辈子也就这样了


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                    来自Android客户端13楼2019-07-25 11:39
                      强人工智能!!!主快要问世了!!


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                      来自Android客户端14楼2019-07-25 13:47
                        等一个中华大量子


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                        来自Android客户端15楼2019-07-25 16:53
                          希望我死之前地球文明能够毁灭


                          收起回复
                          来自iPhone客户端16楼2019-07-25 18:09
                            赶快,“大量子”治国


                            收起回复
                            来自Android客户端17楼2019-07-25 18:58
                              量子计算机突然就能实用了?幼儿量子计算机就能让经典计算机望尘莫及?!


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                              来自Android客户端18楼2019-07-25 23:25
                                虽然量子计算机很棒……但是俺寻思能不能仿着美国的星球大战计划来一场量子大战计划,在维持合理速度发展的同时把对面半球的某国拖一把


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                                来自Android客户端19楼2019-07-26 15:01
                                  不可能的,一旦美国实现量子霸权,中国的任何计算机安防都可以说是纸一样。


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                                  来自Android客户端20楼2019-08-03 12:48
                                    量子和光子有很大区别,量子未必是光子,光子一定属于量子。量子计算机要真空环境、零下低温。光子计算机能在常温运行,有点空气也能运行。量子(包含光子)不可复制,因为要复制就要观测,一观测就坍缩;经典电脑能轻易复制文件,因此量子和光子计算机无法替代经典电脑。
                                    @llc就是我 @雪是不知遥 @很加交换工费 @刘百万哇 @驫瀌


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                                    21楼2019-08-04 09:35


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                                      来自iPhone客户端22楼2019-09-22 16:05
                                        已经来了,今天


                                        收起回复
                                        来自Android客户端23楼2019-09-22 21:06


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                                          来自Android客户端24楼2019-09-22 21:09
                                            霸权???公司的一句戏言,哈哈哈。


                                            只能说理想很美好。


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                                            25楼2019-09-23 09:15