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NASA洩露之後秒刪的一份谷歌「量子霸權」論文引發熱議，到底什麼是「量子霸權」，
如果實現為什麼重要？
量子位
量子位2019.09.24 11:30
https://www.techbang.com/posts/73030-200-seconds-overcounting-10000-years-go
ogles-quantum-hegemony-paper-sparks-global-debate


200秒=超算1萬年，谷歌量子霸權論文引發全球熱議



英國政府的量子技術顧問Steve Brierley說：「這是第一次有人證明，量子電腦的性能
真的能超過經典電腦。是個了不起的成就。」

另外，美國民主黨的總統參選人楊安澤，推特轉發了這則，引起強烈關注，一日便有51
00人點讚：

大事啊，至少說明，沒有什麼破解不了的密碼了。


Andrew Yang

@AndrewYang
Google achieving quantum computing is a huge deal. It means, among many othe
r things, that no code is uncrackable.   https://www.cnet.com/google-amp/new
s/google-reportedly-attains-quantum-supremacy/?__twitter_impression=true …


Google reportedly attains 'quantum supremacy'
Its quantum computer can solve tasks that are otherwise unsolvable, a report
 says.

cnet.com
5,570
8:11 AM - Sep 21, 2019
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一窺論文
NASA匆匆撤下了論文，我們仍然能從網頁瀏覽器快取中一窺論文的內容。

谷歌在論文摘要中說：

我們使用具有53個超導量子位的可程式化處理器，占用狀態空間為253≒1016。重複實驗
的測量結果會採樣相應的概率分佈。
我們使用經典模擬進行驗證。雖然我們的處理器大約需要200秒來採樣一百萬個量子電路
實例，但是一台先進的超級電腦將需要大約1萬年的時間來執行等效的任務。
相對於所有已知經典演算法而言，這種巨大的加速在實驗中實現了運算任務上的量子霸
權，並預示了人們期待已久的運算範式的出現。

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量子電腦的實際應用也面臨諸多問題。由於在於0和1兩種狀態之間的能量差太小，需要
降低到絕對零度附近，才能防止被熱量所破壞。



今年3月，谷歌在一篇論文中給出了如下的量子電腦演化概念圖：

200秒=超算1萬年，谷歌量子霸權論文引發全球熱議



什麼是量子霸權
量子霸權，也叫量子優勢，即在未來的某個時刻，功能強大的量子電腦可以完成經典電
腦幾乎不可能完成的任務。


例如在一天之內破解原本幾萬年才能破解的密碼、實現通用人工智慧、快速模擬分子模
型。

提出這一假想的原因是，量子電腦的發展似乎遵循著「內文定律」，而經典電腦遵循著
「摩爾定律」。

200秒=超算1萬年，谷歌量子霸權論文引發全球熱議
▲ 提出內文定律的Hartmut Neven



而來自谷歌量子人工智慧實驗室的負責人Hartmut Neven認為，量子電腦的速度正在以雙
指數的速度增長。雙指數是指數之上再加一層指數，形式如下：

Neven認為，量子電腦比經典電腦存在著兩個指數優勢：

首先，量子位相比普通位具有效率優勢，如果一個量子電路具有4個量子位元，那麼需要
一個具有16個普通位元的經典電路才能實現等效的運算能力。

其次，量子晶片也在快速改進。谷歌量子晶片正在以指數級的速度發展，這種快速的改
善是由於量子電路中錯誤率的降低。而降低錯誤率能幫助我們構建更大的量子晶片。

雙指數的增長速度遠遠快於指數函數，因此谷歌認為雖然量子電腦速度現在遠不及經典
電腦，但是總有一天會超過後者。

200秒=超算1萬年，谷歌量子霸權論文引發全球熱議



為何由NASA發佈


2018年7月，谷歌宣佈與NASA建立合作夥伴關係，計畫將量子電腦上運行的結果，與經典
仿真進行比較，實現所謂的「量子霸權」，而且當時的谷歌預測在今年就可以實現。



200秒=超算1萬年，谷歌量子霸權論文引發全球熱議

雙方將共同研究如何將「各種各樣的最佳化和採樣問題」映射到Bristlecone量子運算系
統上。



雖然谷歌和NASA持非常樂觀的態度，但業界也有人這個flag要倒。

阿里巴巴數據基礎設施和搜索技術部門的研究人員發表了一篇論文，認為要實現量子霸
權可能需要錯誤率更低的量子晶片。

南加州大學量子訊息科學與技術中心主任Daniel Lidar也對此表示懷疑。他接受麻省理
工科技評論時說：「（實現量子霸權）似乎還需要其他方式抑制錯誤。」

如果這篇論文通過了同行評審，則意味著谷歌和NASA的flag沒有倒，而且量子運算將進
入一個新的時代。

創造歷史
幾十年來，量子運算這個領域，都籠罩在一個強大的假設之下：

任何其他類型的電腦，能夠高效完成的運算，經典電腦也都能高效完成。

這個假設，來自「廣義邱奇-圖靈論題」 （Extended Church Turing Thesis） 。

如今，谷歌的量子電腦用3分20秒完成的運算，交給全球排名第一的超級電腦Summit，大
概需要1萬年。這就打破了人類曾經的猜想。

谷歌說：

這象徵第一個只能用量子處理器執行的運算。
在通往全面量子運算的路上，這是一個里程碑。
量子機器的算力，將會以雙指數速度增長。

當然，這項前所未有的成就，不止是谷歌自家的狂歡。

為英國政府擔任量子技術顧問的Steve Brierley，已經在領域裡工作了20年，還是量子
軟體初創公司Riverlane的創始人。他強調說：

第一次有人證明，量子電腦的性能真的能超過經典電腦。
這是個了不起的成就。



不久之後，楊還補充了一條：

我們的加密技術也得跟上啊。

這條推特，又獲得了3200讚。

下一步呢

量子霸權實現了，但故事並沒有結束。

在許多人的眼裡，量子霸權是一個人為設定的里程碑：只要在任何一項任務上，證明量
子電腦超過經典電腦就可以了。

怎樣的任務都可以，也就不一定有現實意義。比如，谷歌給量子電腦的任務是：鑑定一
個隨機數產生器，是不是真的隨機。

所以，一個里程碑之後，還有另一個里程碑要趕去。

200秒=超算1萬年，谷歌量子霸權論文引發全球熱議實用性
IBM的量子運算戰略負責人Robert Sutor，提到了一個「量子優勢（Quantum Advantage
） 」概念，那是一個實用性的里程碑：

量子優勢，是在一個真實應用場景 （比如金融服務、AI、化學裡面） ，量子電腦做出
了比任何經典電腦要明顯優秀的工作。

作為谷歌的對手，IBM一直在探索量子運算的應用，與摩根大通、梅賽德斯賓士都有這一
方面的合作。最近他們還在線上對外開放了一台53比特的通用量子電腦。

IBM說，量子霸權這個詞他們並不用，也不在意。

200秒=超算1萬年，谷歌量子霸權論文引發全球熱議

不過，谷歌研究院、加州理工學院的理論物理學家Fernando Brando相信：

在達成量子霸權之前，量子電腦不可能做出什麼有意思的事。

現在，就算量子電腦做的任務還沒有實際意義，研究人員還是可以從中學到經驗，今後
開發出更有用的量子電腦。

2018年，波士頓諮詢公司 （BCG） 發佈的報告說，量子電腦可以改變許多領域的遊戲規
則：

比如密碼學和化學，對化學的影響會廣泛波及材料學，以及農業和製藥等等領域。
人工智慧，機器學習就更不用說了。
另外，物流，製造，金融，能源……也都會出現新的應用。

這個未來，整個世界都在期待著。

容錯率
再下一個里程碑，就是造出一台容錯的量子電腦。

量子電腦用3分20秒完成項運算，全球最強大的超級電腦t要花1萬年，谷歌量子霸權論文
引發全球熱議

這樣的電腦，能在一項運算當中實時糾正錯誤，原則上可以實現無錯的量子運算。

目前，主流的方法叫做「Surface Code」，每個執行運算的「邏輯」量子位元，都要有
成千上萬個糾錯量子位元來支持。

這遠遠超出了當前量子運算的最強算力。

所以，量子運算到底需不需要容錯能力，也是值得討論的問題。

來自谷歌的Fernando Brando說：

有許多思路可走，但沒有哪個方向是確定的。

One More Thing

不過，在走向未來之前，關於這項研究，還有一個直擊靈魂的問題：



如果說，超級電腦要1萬年才能算好，怎麼才能知道量子電腦得出的結果是對的呢？

200秒=超算1萬年，谷歌量子霸權論文引發全球熱議

論文快取地址：https://filebin.net/k5rr4l0p6ldde7hr/Quantum_Supremacy_Using_a
_Programmable_Superconducting_Processor.html
本文授權轉載自量子位

趕快推免得別人發現我...
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