（原標(biāo)題：200秒=超算1萬年，谷歌量子霸權(quán)論文上架即被撤回，引全球熱議）

邊策 栗子 發(fā)自 凹非寺

量子位 出品 | 公眾號(hào) QbitAI

量子計(jì)算機(jī)用3分20秒完成的一項(xiàng)計(jì)算，全球最強(qiáng)大的超算Summit要花1萬年。

這個(gè)成果，來自谷歌最新的量子計(jì)算研究，發(fā)表在NASA官網(wǎng)上。論文宣布，“量子霸權(quán)”實(shí)現(xiàn)了。

英國政府的量子技術(shù)顧問Steve Brierley說：

這是第一次有人證明，量子計(jì)算機(jī)的性能真的能超過經(jīng)典計(jì)算機(jī)。

是個(gè)了不起的成就。

另外，美國民主黨的總統(tǒng)參選人楊安澤，推特轉(zhuǎn)發(fā)了這則，引起強(qiáng)烈關(guān)注，一日便有5100人點(diǎn)贊：

大事啊，至少說明，沒有什么破解不了的密碼了。

雖然，NASA沒過多久便下架了這篇論文，但正因如此，人類反而對谷歌新的成果更加好奇了。

一窺論文

NASA匆匆撤下了論文，我們?nèi)匀荒軓木W(wǎng)頁緩存中一窺論文的內(nèi)容。

谷歌在論文摘要中說：

我們使用具有53個(gè)超導(dǎo)量子位的可編程處理器，占用狀態(tài)空間為253≈1016。重復(fù)實(shí)驗(yàn)的測量結(jié)果會(huì)采樣相應(yīng)的概率分布。

我們使用經(jīng)典模擬進(jìn)行驗(yàn)證。雖然我們的處理器大約需要200秒來采樣一

百萬個(gè)量子電路實(shí)例，但是一臺(tái)先進(jìn)的超級(jí)計(jì)算機(jī)將需要大約1萬年的時(shí)間來執(zhí)行等效的任務(wù)。

相對于所有已知經(jīng)典算法而言，這種巨大的提速在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了計(jì)算任務(wù)上的量子霸權(quán)，并預(yù)示了人們期待已久的計(jì)算范式的出現(xiàn)。

在摘要中，谷歌揭示了這臺(tái)量子計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的原因，由于量子力學(xué)中物體的狀態(tài)是在希爾伯特空間中演化，因此只需53個(gè)量子位就可以模擬1016種狀態(tài)，而這個(gè)數(shù)字已經(jīng)超出了當(dāng)今超級(jí)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力（一般是等價(jià)于50個(gè)量子比特）。

主要指出的是谷歌雖然實(shí)現(xiàn)了72個(gè)量子位的芯片，但這和72位量子計(jì)算機(jī)是兩回事。谷歌Bristlecone芯片是利用9個(gè)相同模式的量子比特進(jìn)行耦合，然后依次擴(kuò)展出去，并非實(shí)現(xiàn)了兩兩量子比特之間的耦合。

量子計(jì)算機(jī)的實(shí)際應(yīng)用也面臨諸多問題。由于在于0和1兩種狀態(tài)之間的能量差太小，需要降低到絕對零度附近，才能防止被熱量所破壞。

此外，粒子之間狀態(tài)的耦合也有時(shí)間限制，時(shí)間一長，兩個(gè)粒子將不再“相干”。在進(jìn)行量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)時(shí)，所有的量子操作要在量子退相干之前完成，才能保證量子操作的保真度（Fidelity），否則運(yùn)算結(jié)果將不再可信。

今年3月，谷歌在一篇論文中給出了如下的量子計(jì)算機(jī)演化概念圖：

這張圖顯示了量子計(jì)算錯(cuò)誤率和量子比特?cái)?shù)之間的關(guān)系。谷歌量子人工智能實(shí)驗(yàn)室的預(yù)期研究方向?yàn)閳D中紅色曲線，他們希望通過建立糾錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)，降低錯(cuò)誤率，從而將這項(xiàng)技術(shù)推入右下角的綠色可用區(qū)域。

什么是量子霸權(quán)

量子霸權(quán)，也叫量子優(yōu)勢，即在未來的某個(gè)時(shí)刻，功能強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)可以完成經(jīng)典計(jì)算機(jī)幾乎不可能完成的任務(wù)。

比如在一天之內(nèi)破解原本幾萬年才能破解的密碼、實(shí)現(xiàn)通用人工智能、快速模擬分子模型。

提出這一假想的原因是，量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展似乎遵循著“內(nèi)文定律”，而經(jīng)典計(jì)算機(jī)遵循著“摩爾定律”。

△提出內(nèi)文定律的Hartmut Neven

摩爾定律為大眾所熟知，即計(jì)算機(jī)芯片的晶體管密度每18個(gè)月翻一番，算力增強(qiáng)一倍，這是一種指數(shù)增長的規(guī)律。但是近年來隨著晶體管的尺寸逐漸逼近物理學(xué)極限，這一定律已經(jīng)放緩甚至失效。

而來自谷歌量子人工智能實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人Hartmut Neven認(rèn)為，量子計(jì)算機(jī)的速度正在以雙指數(shù)的速度增長。雙指數(shù)是指數(shù)之上再加一層指數(shù)，形式如下：

Neven認(rèn)為，量子計(jì)算機(jī)比經(jīng)典計(jì)算機(jī)存在著兩個(gè)指數(shù)優(yōu)勢：

首先，量子位相比普通位具有效率優(yōu)勢，如果一個(gè)量子電路具有4個(gè)量子位，那么需要一個(gè)具有16個(gè)普通位的經(jīng)典電路才能實(shí)現(xiàn)等效的計(jì)算能力。