谷歌的谷歌量子计算机称霸出来了吗

强大的谷歌量子计算机称霸真的偠来了吗谷歌日前宣布该公司推出的D-Wave谷歌量子计算机称霸在解决问题时能够比其他任何计算机都快出一亿倍,并且能够极大地推动人工智能的进步然而,一些业内研究人员表示谷歌的这些说法有些夸张了,其实并没有比普通的计算机快多少为什么呢?

谷歌做了什么來推动谷歌量子计算机称霸

2013年,谷歌向加拿大本拿比公司D-Wave购买了一台谷歌量子计算机称霸D-Wave出品的机器在学术界一直颇受争议,此前表礻自产的计算机速度更快的言论已经遭到质疑如今谷歌再推出了看似是迄今为止最强大的谷歌量子计算机称霸,号称快出1亿倍

D-Wave计算机洳何运作?

据悉谷歌此次宣布的重要佐证就是"量子退火"算法。这种算法确定了当面临一系列潜在解决方案时一个特定函数的全局极小值即在给定一系列选项时,它能够确定完成一个任务所需的最优解决方案普通的数字计算机在0和1的二进制系统上运行,称为“比特”(bit)泹谷歌量子计算机称霸可以在量子比特(qubit)上运算,可以计算0和1之间的数值

谷歌如何获得如此大幅的速度提升?

谷歌团队将D-Wave与一台运行模拟退火软件的普通计算机进行比对顾名思义,这个软件试图模拟能源景观的探索过程但不像D-Wave,它不能通过量子隧道走捷径因此运行起來会更慢一些。D-Wave系统是硬件编码在自身量子阵列里运行量子退火算法最重要的是,谷歌在这两台计算机都测试了计算量较大的问题从洏得出差别的结论。

“我们发现当问题涉及将近1000个二进制变量时,量子退火算法要比传统的模拟退火更快地输出结果”谷歌Hartmut Neven写道,“赽了不止108倍”

“你需要仔细地研究文章,”瑞士苏黎世联邦理工学院Matthias Troyer表示“这个实验设置的问题本来就是一个对普通模拟退火很难,洏对D-Wave很容易的问题”也就是说,D-Wave占有了很大的主场优势

Troyer指出,把模拟退火的算法进行一下改进就能使得D-Wave的优势降至100倍。而其他更复雜的问题在普通计算机上运行的速度甚至比D-Wave更快。“声称’快出108倍‘的说法对公众是一种误导”

而且,值得注意的是D-Wave是一款专业硬件,成本高达1000至1500万美元正如谷歌在其论文中所描述的那样,一台相似的但不是量子计算的专业设备也能实现目前D-Wave的计算速度尽管他们沒有对这个进行研究比对。

所以谷歌是想蒙蔽我们的眼睛吗?

也不完全是Neven在文章结尾处表示,其他算法也有可能超越D-Wave只是谷歌认为隨着D-Wave的日渐强大,其他那都不是事儿

然而并不是所有人都这么相信D-Wave。“ D-Wave目前的能力证明诚然是令人印象深刻的”麻省理工学院 Scott Aaronson表示,“但是它是否能够实现’真正的量子速度’仍有待观察‘”

那么,有明确的证据能证明高速量子计算实现的可能性吗

也许有——但也需要新的硬件。D-Wave的目标只是让谷歌量子计算机称霸尽可能快地走向市场转化为资本。但是Aaronson认为,他们的“量子相干性”(或者说“态之間的关联性”)——谷歌量子计算机称霸需要的一些重要量子性质——并没有精工细活研发出来的量子芯片那么好

谷歌也正押注其中——該公司聘请了外部研究人员来建立自己的量子芯片团队。而IBM最近也获得了来自美国政府的资金来研发自家的版本Aaronson表示,两者看起来似乎嘟很靠谱但是,时刻分清楚实力和营销热点仍然重要

谷歌的确在2019年实现了量子霸权泹用的不是这块72量子比特的“Bristlecone”(狐尾松)量子芯片。

而是这块54量子比特的Sycamore(悬铃木)量子处理器

可能有人会问了。为什么72比特都不行而54仳特就实现了量子霸权呢?

大家可以看看两个量子芯片的结构图Bristlecone只有72个结,而Sycamore有142个结这每一个小结都是一个量子位。Sycamore实际上是用了88个量子比特仅作为耦合器工作而另外54个(哦!抱歉,最上面那块白色的是坏的)作为全功能的量子比特使用所以Sycamore才实现了量子霸权。

2018年穀歌才推出72比特的量子芯片2019年谷歌就制造出了142比特量子芯片,并实现量子霸权可见谷歌在谷歌量子计算机称霸硬件制造与工程化上的確领先。

而国内在量子计算硬件层面有技术积累的就要数我们本源量子了本源量子依托中科大与中科院量子信息重点实验室,在超导量孓芯片与半导体量子芯片领域已经进行了十多年的研究在国内处于绝对的领先地位。有兴趣的同学可以关注本源量子微信公众号或是到官网了()解更多量子计算的知识

IBM和谷歌一直在量子计算上搞事情首先,让我们剧情回顾一下

2012年,美国加州理工学院物理学家约翰·普雷斯基尔提出了“量子霸权”的概念,而后,谷歌、IBM、英特尔、微软、亚马逊以及诸多初创公司纷纷开始加大对量子计算的投资和研发IBM和谷歌专注于谷歌量子计算机称霸、微软专注拓扑量子比特的研究、英特尔专注硅量子点技术......总之,竞争是愈演愈烈

2019年10月底,谷歌宣布其名为Sycamore的芯片已经成功实现“量子霸权”即通过在传统电脑上幾乎不可能执行的任务来展示谷歌量子计算机称霸的优势。

但IBM却跳出来亮反对牌其认为,“量子优势”才是量子计算的未来谷歌采用嘚策略有误导公众之嫌。

2019年10月底谷歌宣布了一条让全世界所有的其他传统计算机制造商感到绝望的消息:“Google利用 54 量子比特的 Sycamore 谷歌量子计算机称霸在 200 秒内完成了一个计算,而同样的计算用当今最强大的超级计算机 Summit 执行需要约 10000 年。”

几分钟pick掉1万年谷歌高调宣称这是个重大突破,甚至将它与苏联发射首颗人造卫星或莱特兄弟进行首次飞行相提并论并称掀开了新机器时代的序幕,它将使当今最强大的计算机看起来像过时的算盘

这一消息还在权威科技杂志Nature的官方网站上发表,称这项成就是量子计算领域的重大里程碑事件

在谷歌对外宣称“量子霸权”的一周后,同为计算机巨头的IBM做出了截然不同的回应

IBM表示,谷歌声称的“量子霸权”存有缺陷是谷歌高估了计算项目的难喥,谷歌号称经典计算机需要一万年执行的任务其实只要2.5天就能完成。

而且IBM认为实际上,在那个演示中使用的程序根本没有任何用途它生成随机数字,这不需要谷歌量子计算机称霸也能做到但是,它以一种传统计算机很难复制的特殊方式生成它们从而建立了概念證明。

IBM还呼吁业界都引起质疑:“我们敦促业界用质疑的态度来对待这一历史上的首次‘宣称’即谷歌量子计算机称霸能够实现经典计算机不能实现的任务。”

在IBM向“量子霸权”提出质疑的同时IBM也向外界发出声音:他们一直致力于实现“量子优势”——针对真实的应用場景,展现出量子计算超越经典计算的能力IBM认为应该在一个真实应用场景,比如金融服务、AI、化学中来对比谷歌量子计算机称霸和经典计算机的工作,而“量子优势”正是基于此点针对真实的应用场景而研发的。

回到量子霸权传统的计算机比特的存储状态非常死板,只能是1和0但是量子比特就任性许多了,它可以处于即是1又是0的叠加状态如果传统比特和量子比特一起爬楼梯的话就会出现这样的情況:传统比特在上一级台阶时,量子比特跨了两级传统比特上两级时,量子比特跨了四级等传统比特上到一层楼的时候,量子比特已經站在十八层的楼顶了这个速度优势可以说是碾压性的。

在谷歌Sycamore芯片上以53个量子比特来存储所有的信息将需要大约72PB(720亿GB)的传统计算機内存。不需要太多的量子比特其计算和存储能力就可以与星球大小的传统计算机相媲美。

当然量子比特并非没有缺点。由于量子比特脆弱且易受干扰因此必须与热量、振动和杂散的原子完全隔离,因此才有了谷歌量子实验室里的“枝形吊灯”冰箱即便如此,它们朂多也只能工作几百微秒然后就会“退化”(decohere),失去叠加状态

在实验中,谷歌选择了一个叫做“随机量子电路采样”的基准测试咜产生了数百万个随机数字,但带有轻微的统计偏差而这正是量子算法的特点。如果Sycamore是个袖珍计算器它就相当于随机按下按钮,然后檢查显示器是否显示了预期的结果

那么IBM反对的是什么呢?IBM认为Google用来演示量子霸权的算法是毫无意义的,它不解决也压根不打算解决任何问题。它的目的是为了展示量子计算的潜力

许多外界的人认为,IBM这种拒绝将“量子霸权”视为重大成就的做法近乎固执但IBM也依然堅信量子优势不仅要体现出计算能力的碾压,还得是有用的换句话说,量子优势的实现要能够催生出商业价值。

麻省理工学院物理学镓威尔·奥利弗(Will Oliver)说不管你是同意谷歌的立场还是IBM的立场,下一个目标都是明确的也就是建立可以做些有用事情的谷歌量子计算机稱霸。人们希望这些机器有一天能够解决更多问题,这些问题现在需要更强大的计算能力比如模拟复杂分子以帮助发现新药和新材料,或者实时优化城市交通流量以减少拥堵或者进行长期的天气预报。

所以说量子霸权和量子优势,不仅仅是措辞上的不同甚至也不昰科学上的分歧,而是在商业立场上的对立无论是IBM还是谷歌,甚至其他大小科技公司量子计算一直是热门押宝对象。

而不管位于霸主哋位的IBM和谷歌如何同台竞赛谷歌量子计算机称霸商业化进程的不断加速都在日益昭示着传统计算机硬件行业的重新洗牌。

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