一項新的研究表明，人類剛剛進入了量子霸權的時代！

根據研究人員在《自然》雜誌上的報告說，量子計算機第一次解決了傳統計算機在實際應用中無法解決的問題。來自加州大學聖巴巴拉分校谷歌人工智慧量子實驗室的物理學研究生研究員布魯克斯·FOCUS發表宣告：在經典的超級計算機上計算1萬年的時間，在我們的量子計算機上只需要200秒！成功實現了1.5萬億倍的飛躍！我們很高興宣佈這一成就！

量子計算機

1981年，美國阿拉貢國家實驗室的Paul Benioff最早提出了關於量子計算的基本理論，此後量子計算機的發展逐漸興起。量子計算機的厲害之處在於它是使用亞原子粒子儲存資訊，簡單地說，它是一種可以實現量子計算的機器，是一種通過量子力學規律以實現數學和邏輯運算，處理和儲存資訊能力的系統。

我們知道亞原子粒子世界的行為規則與控制巨集觀世界的規則非常不同，而在量子計算機中其硬體的各種元件的尺寸達到原子或分子的量級。例如，量子粒子可以同時以兩種不同狀態的“疊加”形式存在，粒子可以被相隔數光年，但仍然“糾纏”在一起，影響彼此的屬性，也就是所謂的“量子糾纏”簡單來說，當兩個粒子互相糾纏時，一個粒子的行為會影響另一個粒子的狀態，此現象與距離無關，理論上即使相隔億萬公里外，一方一念剛生，另一方便知其所想，所以也有人把它們比作“超光速行為”的存在！

與傳統超級計算機的區別

首先，傳統計算機是通過積體電路中電路的通斷來實現0、1之間的區分，基本單元是位元，位元是一種有兩個狀態的物理系統。但是量子計算機中，基本資訊單位是量子位元（qubit），用兩個量子態│0>和│1>代替經典位元狀態0和1，這兩者最關鍵的區別是量子位元可以以兩個邏輯態的疊加態的形式存在，即兩個狀態是0和1的相應量子態疊加。

其次，量子計算機和普通的超級計算機計算載體也有區別，普通計算機的載體是積體電路，應用的是電路分析，量子計算機的載體是分子原子甚至更小的基本粒子，應用的量子相干性，因此兩者的運算速度是千差萬別！

這次此次谷歌的量子超級低溫恆溫器，裡面就是此次實現量子霸權的Sycamore量子計算機。研究人員強調疊加現象是量子計算驚人的潛在能力的關鍵，量子計算機每單位體積能夠儲存和處理的資訊比傳統計算機多得多！

這項新研究讓我們感受到了這種力量。由谷歌AI Quantum的Frank Arute領導的研究小組，使用了一種名為Sycamore的量子計算機，它有53個功能量子位外加一個不能正常工作的量子位。科學家們將這53個量子位元糾纏成一個複雜的疊加態，然後讓Sycamore執行一個類似隨機數生成的任務。然後將結果與在田納西州橡樹嶺國家實驗室的Summit超級計算機上執行的模擬進行比較。

來自麻省理工學院的物理學家威廉·奧利弗在《自然》雜誌一篇文章中寫道:“‘Summit’是目前世界上領先的超級計算機，每秒的運算能力約為2億億億次。它由大約40000個處理器單元組成，每個處理器單元包含數十億個電晶體和2.5億千兆位元組的儲存空間。”

正如布魯克斯·FOCUS所指出的，Sycamore只花了3.5分鐘就完成了，而這次峰會的工作表明，即使是最強大的傳統超級計算機也要花上大約一萬年的時間來研究這個問題。在世界上最快的超級計算機上，量子優勢超越了當今領先的經典演算法，這確實是一個了不起的成就，也是量子計算的一個里程碑。它從實驗上再次表明，量子計算機代表了一種新的計算模型，這種模型與經典計算機有著根本的不同。

然而物理學家威廉·奧利弗也強調，在量子計算機成為我們日常生活的重要組成部分之前，還有大量的工作要做。在此之前，研究人員將不得不開發新的演算法，可以在不久的將來使用容易出錯的量子處理器。而且，為了使這項技術在長期內具有商業可行性，科學家們必須設計出強大的協議來糾正量子誤差。