Google是否實現了量子霸權？

（圖片：©Eric Lucero / Google，Inc.）

Google剛剛在電腦科學領域實現了飛躍。Google使用該公司最先進的量子計算機Sycamore，通過解決一般機器幾乎無法解決的問題，宣稱對世界上最強大的超級計算機具有“ 量子至上性 ”。

量子計算機在200秒內完成了複雜的計算。這同樣的計算將採取即使是最強大的超級計算機約10,000年內完成，該研究小組，由約翰·馬提尼酒，在加州聖巴巴拉大學的實驗物理學家的帶領下，寫在週三公佈（10月23日），他們的研究登上了自然雜誌。

Martinis實驗室的研究生研究員Brooks Foxen 在一份宣告中說： “通過改進的經典硬體和演算法，目前估計為10,000年的經典模擬時間可能會減少。” 他補充說：“但是，由於我們目前的速度是1.5萬億倍，因此，我們很樂意為這一成就而聲名狼藉。”

Google選擇要征服的計算就相當於產生了一個很長的隨機數列表，並將其值檢查了一百萬遍。結果是在量子力學領域之外不是特別有用的解決方案，但是它對裝置的處理能力有很大的影響。

不確定性方面的優勢

普通計算機使用資訊的“位”執行計算，該資訊像通斷開關一樣，只能以兩種狀態存在：1或0。量子計算機使用量子位或“量子位”，它們都可以作為1存在。和0同時顯示。量子力學的這種奇怪結果被稱為疊加態，是量子計算機相對於傳統計算機優勢的關鍵。

例如，一對位可以在任何給定時間僅儲存四個可能的狀態組合（00、01、10或11）之一。一對量子位可以同時儲存所有四個組合，因為每個量子位同時表示兩個值（0和1）。如果新增更多的量子位元，計算機的能力將成倍增長。三個量子位儲存八個組合，四個量子位儲存16個，依此類推。Google的新計算機具有53個量子位，可以儲存253個值，或超過10,000,000,000,000,000（10個萬億）組合。當量子力學的另一個基本且同樣離奇的特性進入糾纏態時，這個數字將變得更加令人印象深刻。

在愛因斯坦（Albert Einstein）描述為“遠距離怪異的動作” 的現象中，在某個時間點相互作用的粒子可能會糾纏在一起。這意味著通過測量一個粒子的狀態，您可以同時知道另一個粒子的狀態，而不管粒子之間的距離如何。如果量子計算機的量子位糾纏在一起，它們都可以同時測量。

Google的量子計算機由超導金屬的微觀電路組成，這些電路以複雜的疊加狀態糾纏53量子位元。在糾纏量子位元產生零和253之間的隨機數，但由於量子干涉，一些隨機的數字顯示了比別人多。當計算機測量這些隨機數百萬次時，由於它們的不均勻分佈而產生了一種模式。

“對於傳統計算機，計算這些操作的結果要困難得多，因為它需要計算處於253種可能狀態中的任何一種的概率，其中53種來自量子位數量，這就是為什麼人們首先對量子計算感興趣的原因。”

利用量子糾纏和疊加的奇怪特性，Martinis的實驗室在200秒內使用Sycamore晶片產生了這種分佈模式。

在紙面上，很容易說明量子計算機為何能勝過傳統計算機。演示現實世界中的任務是另一回事。傳統計算機可以在其處理器中堆疊數百萬個操作位，而量子計算機卻難以擴充套件它們可以操作的量子位的數量。糾纏的量子位元會在短時間後變得糾結，並且容易受到噪聲和錯誤的影響。

研究人員說，儘管Google的這項成就無疑是量子計算領域的一項壯舉，但該領域仍處於起步階段，實用的量子計算機仍然遙遙無期。