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人类最强算力来临谷歌的「量子霸权」霸道在哪

2020-06-06 04:04:19 68dx.cn

编者按:本文来自微信大众号“极客公园”(ID:geekpark),作者Jesse,36氪经授权发布。

人类现在最强的超级核算机需求一万年才干完结的核算,谷歌的量子核算机仅需 200 秒就能完结。

9 月 20 日,据《金融时报》报导,谷歌的一个研讨小组初次经过试验,演示了「量子霸权」的存在,证明量子核算机可以在实践算力上碾压全部经典核算机,包含当时最强的超级核算机。

关于该试验的记载,开始宣布在 NASA 网站上的一篇论文中,但不久之后,论文就被撤下,截止现在,谷歌还未回应媒体的置评恳求。

「量子霸权」是什么?

量子核算机的概念并不新潮,早在第一台电子核算机埃尼阿克诞生 20 多年之后的 1969 年,科学家就提出了量子核算的或许。

经典的电子核算机,是根据数字电路的「通电」和「断电」两种状况来完结运算的。对电路来说,这是两种切当的状况,不是「0」便是「1」,这也便是咱们常说的「比特」。

量子核算机的不同之处在于,它由微观的量子来构成比特。由于量子存在叠加现象,所以一个量子比特可以一起处于 0 和 1 两种状况。这使量子核算机可以并行处理很多数据,在传统核算机上,这些数据是要按次序顺次处理的。多年以来,科学家一直在企图证明量子核算机在算力上可以肯定碾压传统核算机,这便是「量子霸权」(Quantum Supremacy)。

谷歌的量子核算试验设备 | Google

量子核算机的比特可以以「叠加态」的办法存在,这也意味着量子核算机在运算的进程中极易犯错,即使是很小的轰动,乃至是温度改变,都会损坏量子比特的奇妙状况。为了使量子核算机安稳作业,谷歌将自家的核算机封装在一个密闭的金属容器里,容器内部的温度挨近肯定零度,只要 10 毫开尔文(1 开尔文的百分之一),是全宇宙最冷的当地。研讨人员一直在寻觅有用的构建、办理量子核算机的办法。

在处理某些特定问题时,量子核算机能体现出「霸权」,但这并不意味着量子核算机就会彻底替代经典核算机。IBM 量子核算研讨总监 Dario Gil 就表明,「量子核算机比较经典核算机永久不会具有肯定的『霸权』,它们在不同的范畴各具优势,未来两者将会协同作业。」

谷歌的优势

在此次「意外发布论文」事情之前,谷歌早已在量子核算机范畴获得抢先。

上一年,谷歌对外展现了一款具有 73 个量子位的量子核算机,抢先竞赛对手 IBM 简直同期发布的 53 位机。但在此次「量子霸权」的试验演示中,谷歌运用的是另一款更小的核算机,名为 Sycamore。这是一款 54 位的量子处理器,但其间有一个量子位无法到达规范,所以谷歌只运用了其间 53 个量子位履行采样核算使命。

谷歌最先进的量子核算机 Bristlecone | Google

在走漏的论文中,谷歌描绘了试验的进程。首要,谷歌用经典核算机生成了一系列量子指令,论文中称之为「量子门」,它们相当于传统核算机中的逻辑门,也便是 1 或 0,这一系列量子指令构成了一个「量子电路」。之后,这个量子电路被发送到量子核算机,经过处于纯 0 状况的量子位来履行运算。由于量子核算的不确定性,这些成果会各不相同,当依然有概率上的散布特征(有的成果呈现次数多,有些则少)。最终,量子核算时机根据成果的概率散布,输出成果样本。

最终,研讨者将量子核算机输出的成果样本与之前经典核算机上模仿的成果进行比对,就能得出量子核算机履行核算的精确程度。谷歌之所以在此次试验中运用一台 54 位机,而不是最先进的 73 位机,便是由于跟着量子核算机量子位的增多,经典核算机的算力将不足以对量子核算机的核算成果进行验证。

一名正在 MIT 攻读量子物理博士的知乎用户「少司命」对论文进行解读后,表明谷歌的试验「在最极点的情况下,对一个 53 比特 20 个 cycle 的电路采样一百万次,在量子核算机上需求 200 秒,而用现在人类最强的经典的超级核算机,相同情况下需求一万年。」

谷歌未公开自家量子核算机详细在履行什么使命,或研讨什么方向。单就此次走漏的论文来看,它相当于在量子核算范畴开了一条小缝,让咱们得以初窥量子核算机的强壮算力,但更要害的问题仍在于未来的运用。

「霸权」引发的忧虑

振奋之余,「量子霸权」完结的音讯也引发了不少忧虑。

美国 2020 年总统提名人杨安泽在 Twitter 上表明,谷歌完结「量子霸权」意味着不再有牢不可破的(加密)暗码了。确实,想要暴力破解经过加密的暗码需求消耗很多的算力,而量子核算机呈指数增加的恐惧算力,刚好会对暗码学构成威胁。

但现在咱们还不需求过于忧虑这件事,谷歌的量子核算机在履行特定使命时可以展现出比较传统核算机的「霸权」,这并不意味着它可以被用来破解密钥。一名量子力学教授 Scott Aaronson 在承受采访时表明,当下干流的 RSA 加密办法只能被「几千个量子位」的量子核算机暴力破解,而现在还没有超越 100 个量子位的量子核算机。

理论上,量子核算机的巨大算力可以在电池规划、药物开发、地外探究、机器学习等范畴大施拳脚。NASA 之所以和谷歌等公司合作开发量子核算机,便是希望可以运用量子核算机辅佐调度航天使命,勘探太阳系外行星。作为一家「AI 优先」的公司,谷歌希望经过量子核算机履行机器学习使命,拓宽 AI 的功能。

谷歌的第一代量子位元控制器 | Google

只不过现在谈这全部或许还为时尚早。

一些学者现已对谷歌的试验办法提出了质疑,耶路撒冷希伯来大学的教授 Gil Kalai 就指出,谷歌的试验相当于让量子核算机对经典核算机现已完结的「抱负输出」进行采样,没有进行额定的核算就获得了成果。加州理工大学教授 John Preskill 也以为这不是一场「公正」的竞赛,谷歌精心规划了一个「天然合适量子处理器的问题」供自己的核算机处理。他以为想要完结更具遍及适用性的量子核算,仍需求技术上的腾跃。

谷歌完结「量子霸权」的音讯放出后,身处同一范畴的 IBM 研讨总监 Dario Gil 对成果表明了恭喜,但他也表明,自己很忧虑「霸权」(Supremacy)这个词或许会使外界对量子核算范畴报以过高的希望。「咱们需求造出更具有实用价值的机器,这不是一两年的事,需求绵长的时刻。」

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