媒体近距离接触谷歌量子计算机:还要解决哪些问题

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10月28日消息,据外媒报道,谷歌不久前宣称成功实现了“量子霸权”(Quantum Supremacy),推出暗含54个有效量子比特的处里器Sycamore,“对一4个多多多量子电路产生的随机数字采样200万次”的计算任务,谷歌量子计算机只时需200秒,而世界最强超算Summit时需1万年。为了证明谷歌量子计算机到底有多神奇,科技记者尼尔·萨维奇(Neil Savage)日前亲自操作体验了一把,并称就像变魔术。科技快报

记者亲身感受:量子计算机哪里不同科技快报

在谷歌占据 美国加州戈莱塔(Goleta)之类车库的实验室里,我站在巨大的触摸屏前,用手占据 显示屏上移动暗含X、Y、H和这俩 神秘符号的小方块。那先 方块代表的是并能在一4个多多多量子比特上执行的函数,而量子比特则占据 符近的银色大圆柱体内。在无数函数中,这俩 会使比特从1翻转到0,或从0翻转到1。科技快报

显示屏上的越来越 正方形显示了量子比特的情况,它看起来像是在球体内的棒棒糖。当“棒棒糖”移动时,它旁边的数字在1.0000到0.0000之间振荡。这是量子比特的强项之一:它们何必 像二进制位中那样要么是1要么是0,可是我 并能在介于两者之间的情况占据 。这俩 “叠加”形态学 允许每个量子比特一次不止执行一次计算,可是我 以并否是生活看起来特别神奇的办法加速计算。科技快报

尽管量子比特的最终读数依然是1或0,但所有那先 里边步骤的占据 由于传统计算机真难或不后来 进行之类的计算。对于外行人来说,这俩 过程后来 看起来特别儿像魔术,挥挥手、轻触触摸屏,因此从量子帽中拉出一只兔子。谷歌邀请我和这俩 记者来到这里,旨在揭开这俩 魔术的神秘面纱,以证明它根本不具有魔力。科技快报

在屏幕的右半部分,曲折的线条显示与在量子比特上执行的函数相对应的波形。在这俩 部分的旁边是个台式打印机大小的盒子,它将那先 波形作为电脉冲通过电线发送到银色圆柱体中。后来 圆柱体打开,你会看一遍里边有六层腔室,层层排列,就像用金属丝装饰的、颠倒过来的婚礼蛋糕。每层腔室都被冷却到比其里边腔室温度低得多的程度;最下面一层达到0.015开氏度(-273.135摄氏度),几乎仅是外层空间的1/200。科技快报

那先 腔室否是真空的,不受光和热的影响,因此会破坏微妙的量子比特,那先 量子比特占据 所有导线末端的芯片上,在黑暗和寒冷中被隔离。每个量子比特的直径约为0.2毫米,通过普通显微镜并能看一遍。因此经过冷冻和避过內部影响后,每个量子比特都变成了超导体,让电子自由流动,就好像它成了单原子,并能用量子力学定律决定其行为。科技快报

带宽适当的微波脉冲促进量子比特振动。当4个多多多相邻的量子比特达到相同的共振频率时,它们就会相互纠缠,这是另并否是生活量子力学属性,这由于测量一4个多多多量子比特的情况也会你会了解越来越 量子比特的情况。不同频率的电磁脉冲会引起量子比特翻转。科技快报

各方评论:“量子霸权”有意义吗?科技快报

谷歌的量子软件工程师克雷格·吉德尼(Craig Gidney)表示,“量子计算机更像是装有一串钟摆的盒子。我和这俩 在腔室外发送信号的人正在拉动钟摆的弦,通过改变它们的摆动幅度来执行不同的逻辑运算。”科技快报

谷歌的量子团队称,所有那先 寒冷和振动让其获得了量子霸权,让量子计算机并能做普通计算机无法做到的事情。在本周发表在《自然》杂志上的论文中,谷歌工程师描述了朋友用来证明量子霸权的基准实验。朋友的系统系统进程运行在200多个量子比特上,检查量子随机数占据 器的输出。科技快报

谷歌量子人工智能实验室经理哈特穆特·奈文(Hartmut Neven)说,这俩 批评人士抱怨这是我人及 为疑问,只适用于有限的现实应用系统系统进程。对此,奈文反驳称:“Sputnik(人类第一颗人造卫星)也越来越 不多实际用途,它可是我 绕着地球旋转。然而,它代表着太空时代的刚开始英文英文!”科技快报

芝加哥大学专注于量子信息工程的凝聚态物理学家戴维·奥沙洛姆(David Awschalom)越来越 参与这项研究,但他同意谷歌项目处里了一4个多多多非常特殊的疑问,并补充说,谷歌只能声称我人及 拥有了通用量子计算机。我知道你,通用量子计算机后来 时需200万个量子位元,因此还时需什么都有有年并能实现。但他相信,谷歌的团队后来 实现了重要的里程碑,为这俩 科学家取得突破奠定了基础。科技快报

谷歌的量子计算芯片被称为Sycamore,使用了54个量子比特来实现其结果,芯片上第54个多多多量子比特冒出了故障。Sycamore的目标是随机产生1和0的字符串,每个量子比特可产生253比特字符串(也可是我 大概9.700199254740992千万亿位字符串)。后来 量子位相互作用的办法,这俩 字符串比这俩 字符串更有后来 冒出。科技快报

Sycamore运行数字生成器200万次,因此对结果进行采样,得出任何给定字符串冒出的概率。谷歌团队还在橡树岭国家实验室的超级计算机Summit上运行了一4个多多多更简单的测试版本,因此根据那先 结果进行外推,以验证Sycamore的输出。新的芯片在200秒内完成了任务。研究人员估计,同样的运算需大概Summit上万年的时间。科技快报

然而,IBM的研究人员上周早些后来 发表论文,称在理想条件下,使用额外的内存存储,Summit并能在四天半内完成上述任务。IBM也在致力于开发量子计算,该公司科学家们在IBM Research博客上写道:“后来 加州理工学院理论物理学家约翰·普雷斯基尔(John Preskill)在2012年提出的‘量子霸权’这俩 术语的最初含义,是为了描述量子计算机并能做经典计算机无法做到的事情,显然谷歌量子计算机还越来越 迈过这俩 门槛。”因此,我知道你谷歌取得的成就并能贴上“量子优势”的标签。科技快报

但德克萨斯大学奥斯汀分校理论计算机科学家斯科特·阿隆森(Scott Aaronson)表示,说量子霸权尚未实现何必 完整版正确,毕竟Sycamore的带宽比Summit快得多。随着谷歌系统中量子比特数量的增长,其计算能力将呈指数级增长。从54个量子比特增加到200个量子比特将使该公司量子计算机的计算能力大概33台Summit。在达到70个量子比特时,之类Summit的传统超级计算机后来 要变得与城市大小相当并能拥有同样的处能能力。科技快报

阿隆森还表示,谷歌所取得的成就后来 后来 有了些意想只能的实用价值。谷歌的系统并能用来产生被量子物理定律证实为随机的数字。之类,该应用系统系统进程后来 会产生比人类或传统计算机所能提供的密码强得多的密码。科技快报

阿隆森承认:“我现在不选者,争论它否是取得了‘霸权’否是正确。”我知道你,量子计算领域尚未就比较不同量子计算机的最佳办法达成一致,特别是那先 建立在不同技术上的量子计算机。尽管IBM和谷歌否是使用超导体来创建它们的量子比特,但另并否是生活办法依赖于捕获离子,即带电原子悬浮在真空中,并由激光束操纵。IBM提出了并否是生活称为“量子体积”的度量标准,其中包括诸如量子比特执行计算的带宽以及它们处里或纠正错误的能力等因素。科技快报

谷歌时需处里那先 疑问?科技快报

事实上,纠错是量子计算机科学家时需掌握的,越来越 朋友并能制发明的故事真正有用的设备,特别是暗含数千个量子比特的设备。研究人员说,到那时,机器并能对化学反应进行完整版的模拟,这后来 会促进新的药物或更好的太阳能电池冒出。因此朋友还并能快速破解最常用于保护互联网数据的密码。科技快报

不过,要想达到这俩 性能,量子计算机时需并能自我纠正,找到并修复其操作中的错误。当一4个多多多量子比特自发地从1翻转到0,后来 当它的量子叠加后来 內部世界的干扰而衰减时,就会冒出错误。谷歌的量子比特目前在衰变前持续约10微秒。项目研究人员玛丽莎·朱斯蒂娜(Marissa Giustina)说:“它们的寿命是有限的。它们非常脆弱,当与符近环境相互作用时,朋友后来 就会拖累量子信息。”科技快报

传统计算机通过冗余来处里纠错疑问,通过测量电容器中的单个电子而否是数万个电子来决定数字位是开还是关。相反,量子比特本质上是概率疑问,什么都有有试图将它们聚集在一块儿执行批量测量是行不通的。谷歌正在开发并否是生活统计办法来纠正错误,加州大学圣巴巴拉分校物理学家约翰·马蒂尼斯(John Martinis)与该公司商务媒体合作开发了Sycamore。他表示,到目前为止,初步结果显示,越来越 任何迹象表明错误纠正变得越来越 好。看起来,这俩 项目时会继续下去。科技快报

与此一块儿,谷歌的工程师将致力于改进朋友的量子比特,以产生更少的错误,这也后来 允许更多的量子比特相互关联。朋友还希望缩小链子计算机的控制箱体积,每个控制箱并能处里20个量子比特及其相关电路,因此时需4个多多多控制箱并能运行Sycamore的54个量子比特。后来 朋友的系统增长到大概2000个量子比特,其冷却需求将超过那先 巨大银色圆柱体的容量。科技快报

在谷歌从事量子硬件和架构工作的朱利安·凯利(Julian Kelly)表示,该公司的声明首先是一项工程成就,但它后来 会开辟一片未开发的领域。我知道你:“朋友后来 证明了量子硬件并能做些极其困难的事情,朋友正在后来 越来越 人并能进行实验的领域开展业务。不过,这俩 进步产生的影响还不选者,毕竟朋友也才后来 迈入这道门槛儿。”科技快报