谷歌宣称实现了量子霸权 但IBM予以驳斥

在最近发表在《自然》杂志上的一篇论文中，谷歌研究人员声称，他们设计了一种量子处理器，可以在最先进的经典超级计算机上完成一项需要1万年才能完成的任务。谷歌的说法并不能完全说服IBM的研究人员，他们认为这种量子任务的理想模拟只需要在经典计算机上工作2.5天，并提供更高的保真度。

谷歌选择通过对伪随机量子电路的输出进行采样来展示其量子优越性，该电路产生了一组具有一定概率分布的比特串。这个任务有一个即时应用程序，可以生成可验证的随机数。谷歌研究人员使用他们的53量子位Sycamore处理器，展示了一个量子电路100万次的例子，需要200秒来采样。

谷歌的研究人员表示，同样的任务需要1万年才能在经典计算机上模拟出同样的量子电路。

与所有已知的经典算法相比，这种快速增长是这种特定计算任务量子优势的实验实现，表明了一种备受期待的计算范式。

除了发挥基准的作用，在经典计算机上的模拟也被用来证明量子处理器产生的结果的正确性，通过其保真度来衡量。谷歌设置经典模拟的方式非常简单。事实上，模拟量子计算机在合理的时间内使用多达43个量子比特的量子电路是可行的。这是因为有可能使用足够大的内存来模拟243个量子态。谷歌研究人员表示，一旦达到最大可用内存限制，就需要在分布式系统上运行该算法，以模拟更大的量子数，成本将不可避免地成倍增加。此外，他们表示，未来量子模拟算法的任何改进都可能被大型量子处理器的硬件改进所抵消。

谷歌实验的关联性不仅仅是理论上的，还有它对量子霸权的影响。事实上，量子门错误率对保真度有很大的影响，这是量子计算中的一个主要问题，因为缺乏纠错技术意味着噪声会严重影响测量并诱发误差。因此，证明了实现高保真的可能性，即。低误码率对于量子计算在实际量子处理器中的未来发展具有重要意义。这也是非常重要的，因为一些技术进步是这个实验成功的必要条件。作者特别提出了三个基本突破：快速高保真的发展；基于交叉熵的量子处理器校准和基准测试新技术：以及扩展到更大系统时准确预测量子信息行为的能力。

有了这些结果，谷歌研究人员声称他们证明了两个不同的结果：量子处理器可以在足够大的量子空间中执行任务，并且错误率足够低；计算任务对于量子处理器来说很容易，对于经典计算机来说很难。这两个中间结果是谷歌研究人员声称他们已经证明了量子优越性的原因。

第二点遭到IBM研究人员的反对。在提交给量子物理学的第二篇论文中，他们展示了如何使用二次存储来扩展可以在经典系统上实际模拟的量子电路的范围，并用IBMOak Ridge国家实验室超级计算机证明了他们的结果。具体来说，他们说，一个拥有53和54个量子位的悬铃木电路可以在几天内以高保真度进行模拟。

当【谷歌研究人员】与经典进行比较时，他们依赖于一种先进的模拟，这种模拟使用并行、快速和无错误的计算以及大的聚合RAM，但没有充分考虑丰富的磁盘存储。相反，我们的薛定谔式经典模拟方法使用RAM和硬盘空间来存储和操作状态向量。

在他们的论文中，IBM的研究人员也在为量子霸权更激进的哲学立场辩护，尽管声称“量子霸权”这个词由于其根本的误解而引起了混乱。

量子计算机永远不会主宰“至高无上”的经典计算机，而是与它们协同工作，因为每一台都有自己独特的优势。

IBM的研究人员并不是唯一批评这个词的人，正如它的最初支持者约翰普雷斯基尔在最近的一篇文章中总结的那样。在谈到谷歌的成功实验时，普雷斯基尔强调了使用这个术语不能为量子计算提供伟大服务的一种方式：

正如谷歌团队所承认的，问题是他们的机器以惊人的速度解决的问题都是经过精心挑选的，只是为了显示量子计算机的优越性。否则，这不是一个具有重大现实意义的问题。

其他人，虽然已经比较活跃了。在《纽约时报》的一次采访中，德克萨斯大学奥斯汀分校的计算机科学家斯科特阿伦森(Scott Aronson)在发表之前回顾了谷歌的论文。他将谷歌的声明比作莱特兄弟在1903年的首次飞机飞行：

最初的莱特飞机不是一架有用的飞机，但它的设计是为了证明这一点。证明了这一点。

总而言之，要说谷歌的成就是否会被载入量子计算的史册，似乎还为时过早。人们似乎普遍认为，谷歌的成就代表了实用量子计算机进化的关键一步，这为制造和使用高噪声的中等规模量子计算机以实现更令人信服的应用开辟了道路。

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