衡宇 發(fā)自 凹非寺量子位 | 公眾號 QbitAI

谷歌量子計算，曾聲稱能在200秒內(nèi)搞定普通超算10000年完成的任務(wù)。

沒想到，這個“量子優(yōu)越性”現(xiàn)在被中科院理論物理所的研究人員打破了：

他們用普通處理器，在幾小時內(nèi)完成了原本被認(rèn)為要花1萬年的計算，并認(rèn)為目前的量子計算機(jī)完全是可以被超越的。

ACM計算獎得主Scott Aaronson也認(rèn)同這個結(jié)論：

我認(rèn)為他們是對的，如果有一臺足夠強(qiáng)大的超級計算機(jī)，他們可以在幾秒鐘內(nèi)模擬這個任務(wù)。

最近Science上刊登了關(guān)于這事兒的文章，一起來看看究竟發(fā)生了什么。

中國科學(xué)院理論物理研究所的張潘團(tuán)隊，發(fā)表了一篇名為《Sycamore 量子優(yōu)勢電路采樣問題的求解》的論文，展示了擊敗谷歌量子計算機(jī)Sycamore的全過程。

針對谷歌“量子優(yōu)越性”的任務(wù)，文中提出一種新的模擬方法，即經(jīng)典算法張量網(wǎng)絡(luò)方法。

要說它怎么個好法，就是可以使用許多的GPU并行計算。

利用512個GPU的計算集群，團(tuán)隊計算了9萬億個數(shù)字字符串中的100萬個輸出模式（即53量子比特、20循環(huán)的量子線路采樣），這一計算過程耗費(fèi)15個小時。

如果把這算法用在超級計算機(jī)上，幾十秒就可以完成相同任務(wù)。

這個任務(wù)如果給Sycamore做，用時約在200秒內(nèi)；超級計算機(jī)則需要10000年才能完成（谷歌是這么說的）。

△谷歌量子計算芯片，就一張郵票大小

團(tuán)隊還秉承著一個觀點(diǎn)，那就是和Sycamore一樣，不需要過分追求精確。

團(tuán)隊用張量來表示量子比特屬性之間的關(guān)系，把Sycamore量子比特的相互作用描述為3D張量網(wǎng)絡(luò)。

所以，他們在3D張量網(wǎng)絡(luò)上“鉆孔挖洞”，削減一些連接來簡化關(guān)系，減小計算復(fù)雜度，以準(zhǔn)確性換速度。這種收縮張量網(wǎng)絡(luò)的方法，讓模擬量子芯片成為可能。

數(shù)據(jù)證明，完成任務(wù)過程中，計算速度提高了256倍。

且保真度保持在0.37%，高于Sycamore的0.2%。

種種數(shù)據(jù)擺在眼前，“量子優(yōu)越性”突然就沒那么香了。

面對這個結(jié)果，谷歌量子AI首席研究員Sergio Boixo回應(yīng)認(rèn)為，這只是在賽道上短暫超車，優(yōu)勢不會持續(xù)太久的。

從量子計算時代剛開啟時，谷歌就沒否定過經(jīng)典算法會持續(xù)改進(jìn)完善這一點(diǎn)。

不過，谷歌也表示：

我們認(rèn)為這種經(jīng)典算法無法在 2022 年以后跟上量子電路的步伐。

畢竟Sycamore誕生時，超級計算機(jī)只能對它所執(zhí)行的任務(wù)望而卻步。

創(chuàng)造量子計算機(jī)出來，就是執(zhí)行那些計算量會“淹沒”普通計算機(jī)的任務(wù)。

對于量子計算機(jī)來說，所有任務(wù)的潛在解決方案都可以被看做是同時在量子比特之間晃動的量子波。

這些量子波互相干擾，錯誤答案會相互抵消，正確的輸出就會“彈”出來。

換句說話，這種干擾讓量子計算機(jī)能夠拆分需要計算的大量數(shù)據(jù)。

拿Sycamore來說，它把量子比特設(shè)置為0、1或者0和1的任意組合，這讓它能夠同時處理大量輸入。

Sycamore是一臺53量子比特的量子計算機(jī)，它的量子電路是由超導(dǎo)金屬制成的微型諧振電路，能編碼從0到2⁵³（約9萬億）間的任何數(shù)字，甚至可以一次編碼所有數(shù)字。

谷歌表示，Sycamore可以打敗IBM開發(fā)的超級計算機(jī)Summit。Summit擁有9216個CPU和27648個GPU。

IBM當(dāng)即給予反駁，說谷歌所謂相同任務(wù)超級計算機(jī)需要用時的“10000年”，只是在特定算法上。

一旦算法優(yōu)化，只需約2.5天，Summit就搞得定相同任務(wù)。

關(guān)于“量子優(yōu)越性”，業(yè)界、學(xué)界的爭論從未停止。

張潘團(tuán)隊的這篇論文，就是用實(shí)例證明了“量子優(yōu)越性”現(xiàn)階段還是可以被普通計算機(jī)打敗的。

張潘團(tuán)隊的研究成果凸顯了量子計算機(jī)與傳統(tǒng)計算機(jī)相比存在的缺陷，這對更領(lǐng)先的“量子優(yōu)越性”實(shí)驗(yàn)提出了更高要求。

張潘提出，應(yīng)該找到一些可以落地的實(shí)際應(yīng)用來展現(xiàn)量子電路的優(yōu)勢。

當(dāng)然，普通計算機(jī)打敗“量子優(yōu)越性”并不意味著量子電路的式微。

哪怕是與超級計算機(jī)相比，Sycamore的操作步驟和所需功率都要少得多。就連張潘自己都說，如果Sycamore保真度再高一點(diǎn)，團(tuán)隊的模擬就比不過了~

參考文章：[1]https://www.science.org/content/article/ordinary-computers-can-beat-google-s-quantum-computer-after-all?s=31[2]https://www.science.org/doi/10.1126/science.365.6460.1364[3]https://arxiv.org/pdf/2111.03011.pdf