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中国科学家:2020年中国或也能实现量子霸权

发布时间:2019-10-30 发布者:亚洲时报

美国谷歌和其竞争对手就量子计算领域取得的突破争论不已,中国科学家则肯定了谷歌所声称的“量子霸权”。他们呼吁继续在相关领域进行投资,以免落后于美国。


(图源:网络)

 

10月23日,谷歌在《自然》杂志上发表的文章称,其开发的53位量子计算机Sycamore在200秒内完成的特定问题计算需要花费世界上最快超级计算机Summit 1万年的时间。谷歌声称通过Sycamore已经实现了“量子霸权”。

 

但是包括IBM和英特尔在内的竞争对手表示,对这种说法感到怀疑。IBM表示,谷歌没有充分利用其Summit超级计算机的全部算力。如果采用理想的模拟方法,Summit本可以在2.5天或更短时间内处理谷歌的计算。英特尔在一份声明中表示,量子计算的实用性还有待进一步发展。

 

但是中国科技大学教授、中国初创企业本源量子创始人兼首席科学家郭国平称,这一成就具有“划时代意义”。

 

“量子霸权是一个转折点,它证明了量子计算机相对于传统计算机的优越性,”郭国平指出,“如果我们在通用量子计算的下一阶段落后,这将意味着冷兵器和火枪之间的区别。”

 

该领域的其他中国研究人员指出,谷歌声明的重要性不止是量子霸权本身,而更在于实验中使用的新技术,比如用于连接量子比特的可调耦合器。

 

“量子霸权”是什么?

 

“量子霸权”这一概念是2011年,美国理论物理学家约翰·普瑞斯基尔(John Preskill)提出。这里的“霸权”并非我们平时理解的“霸权主义”,量子霸权是一个专有名词,意思是在处理同一个问题时,量子计算拥有了超越所有古典(非量子)计算机的能力,实现量子计算机特有优势。在物理实验领域,由于迄今没有任何一台量子装置在实际的测试中验证这一能力,因此,谁能证明这种能力,就代表了实现“量子霸权”。


(图源:网络)

 

“量子霸权”的实现之所以重要,是因为这就代表量子计算能力从理论变成了实际,随之而来的就是新的计算能力的飞跃。

 

一般观点认为,量子计算机至少需要49个“量子比特”才能达成“霸权”目标。量子比特(Qubit)与传统计算机的比特(bit)具有截然不同的特性,传统计算器只能在一个比特中表达“1”或者“0”,但由于量子效应,量子字节的位置、方向、动量等数值无法得到明确定义,因此能够同时表示“1”和“0”组成的叠加(superposition)状态。根据谷歌CEO皮查伊文章,所以如果你有2个量子比特,就会同时有四种可能状态,这种计算状态会呈“指数级”增长。

 

谷歌的“量子霸权”

 

在公布论文前,谷歌已经凭借着庞大的量子计算机规模在竞争中处于领先地位。2018年,谷歌展示了73量子比特计算机,该计算器明显强于位列第二的竞争对手IBM在今年9月18日公布的53量子比特研究成果。

 

谷歌在《自然》的论文中表示,这次“量子霸权”实验中,谷歌使用了规模较小的54比特Sycamore计算机。该计算机能够在200秒内完成世界上最强大的超级计算机花费10000年所需的随机数计算量,这让目前所有传统计算机相形见绌。


谷歌的量子芯片

 

谷歌在论文中表示,自己已经开发出了一款54量子比特数的量子芯片,名为Sycamore,由铝、铟、硅晶片和超导体(约瑟夫森结)等材料组成,每个量子比特和临近的4个量子比特耦合。

 

不过,实际上执行运算的只有53个量子比特和86个耦合器,剩下的1个量子比特无法正常工作。

 

通过一系列实验和计算,谷歌研究人员开发了一套高保真度的纠错流程,进而对芯片展开测试,最终得出结论,同样是对一个量子电路产生的随机数字采样100万次,Sycamore芯片支持的量子计算机只需要200秒,同时维持很低的误差率,而世界最强超算Summit需要1万年。


(图源:网络)

 

中国量子领域

 

市场研究公司Patinformatics的数据显示,2017年中国在通信和密码设备方面申请的量子技术专利数量几乎是美国的两倍。然而,得益于IBM、谷歌、微软和其它公司的巨额投资,美国在量子计算领域的部分专利处于全球领先地位。


(图源:网络)

 

中国科学技术大学超导量子计算研究员黄浩亮表示,由于起步较晚,中国仍在努力赶超美国。但是由于量子技术整体仍处于早期发展阶段,在现阶段落后可能并不会产生重大影响。

 

同时他也指出,如果我们不加大支持和投资,差距可能会越来越大。

 

近年来,中国一直在加大力度实现其量子领域的雄心壮志,但并没有透露投资资金总额。根据2016年公布的“十三五”规划,中国启动了一个量子通信和计算的“大型项目”,目标是到2030年实现技术突破。

 

2018年7月3日,中国首次实现了18个量子比特纠缠,中国科学技术大学潘建伟院士及其同事陆朝阳、刘乃乐、汪喜林等通过调控6个光子的偏振、路径和轨道角动量3个自由度,在国际上首次实现18个光量子比特的纠缠,刷新了所有物理体系中最大纠缠态制备的世界纪录。

 

此外,量子信息科学国家实验室耗资100亿美元,计划于2020年开放。包括百度、阿里巴巴、腾讯和华为在内的中国科技企业也招募了一些中国顶尖科学家,并建立了研发量子技术的实验室。

 

 

亚洲时报 综合自网易科技、EETOP

责任编辑:杨颖


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