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 CPU，在幾小時內(nèi)完成了原本被認為要花 1 萬年的計算，并認為目前的量子計算機完全是可以被超越的。

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

我認為他們是對的，如果有一臺足夠強大的超級計算機，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。

無法超越？優(yōu)化給你看

中國科學(xué)院理論物理研究所的張潘團隊，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 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 15 個小時。

如果把這算法用在超級計算機上，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

團隊還秉承著一個觀點，那就是和 Sycamore 一樣，不需要過分追求精確。

團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，僅丟失 8 行代碼，計算速度就提高了 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。

" 量子優(yōu)越性 " 擂臺，搭起來

面對這個結(jié)果，谷歌量子 AI 首席研究員 Sergio Boixo 回應(yīng)認為，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)改進完善這一點。

不過，谷歌也表示：

我們認為這種經(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，超級計算機只能對它所執(zhí)行的任務(wù)望而卻步。

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

對于量子計算機來說，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，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。

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

One More Thing

張潘團隊的研究成果凸顯了量子計算機與傳統(tǒng)計算機相比存在的缺陷，這對更領(lǐng)先的 " 量子優(yōu)越性 " 實驗提出了更高要求。

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

當(dāng)然，普通計算機打敗 " 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，團隊的模擬就比不過了 ~