七年后的量子霸权:谷歌与IBM究竟交付了什么
谷歌关于量子霸权的声明于2019年10月23日在《自然》杂志发表。这场竞赛始于2017年底,当时约翰·马丁尼斯承诺要在年底前达成这一里程碑。

谷歌关于量子霸权的声明于2019年10月23日在《自然》杂志发表。这场竞赛始于2017年底,当时约翰·马丁尼斯承诺要在年底前达成这一里程碑。该公司表示,其53量子比特的Sycamore处理器在一个采样任务上耗时200秒,而最先进的超级计算机完成同一任务大约需要1万年。
这是头条数字。其下的论证更窄,构建竞争机器的人们在过去几年里一直在解释原因。以下是基于相关报道对这一里程碑如何设定、达成并引发争议的复原。
马丁尼斯为自己设定的期限
2017年4月,MIT Technology Review刊发了对马丁尼斯的报道。他于2014年底从加州大学圣塔芭芭拉分校加入谷歌,领导一个约25人的研究团队。他告诉该杂志,他的团队将在年底前建造一个实现量子霸权的设备,即能够执行超出任何传统计算机能力的特定计算。证明将来自谷歌芯片与世界最大超级计算机之一之间的直线加速赛。
当时,谷歌已发布了一个由9个量子比特排成一条线的芯片结果。最新设备只有6个量子比特,但它们位于一个2乘3的网格中,马丁尼斯表示这表明当量子比特并排放置时技术仍然有效。6量子比特芯片还测试了一种制造方法,即量子比特及其控制线路在单独的芯片上制造,然后通过凸点键合连接在一起,马丁尼斯称这一工艺正在发挥作用。
他说,30到50量子比特设备的设计已在进行中,并且他需要49个量子比特的网格来进行霸权实验。
“我们认为我们准备好做这个实验了。这是我们现在就可以做的事情,”马丁尼斯告诉MIT Technology Review。
并非每个人都以同样的方式界定目标。马里兰大学教授、初创公司IonQ联合创始人克里斯·门罗称其为学术里程碑。“之后你仍然必须弄清楚如何使其更具可扩展性和可编程性,”他说。MIT量子计算组的主要研究员西蒙·古斯塔夫松认为,在那个阶段谷歌和IBM处于同等地位。
IBM以50量子比特回应
IBM在原始数量上率先行动。2017年11月10日,美联社报道IBM科学家构建并测量了一个具有50个量子比特的处理器原型。领导IBM量子计算和人工智能研究部门的达里奥·吉尔表示,这是任何公司首次在该规模上构建量子计算机。
未参与该工作的MIT机械工程教授塞思·劳埃德表示,IBM可能仍需解决故障,但称该公告是重大进展的标志。美联社未报告与50量子比特原型相关的基准测试结果。规模和已证明的性能已经开始分为两个不同的话题。
到2017年12月,马丁尼斯在一次会议上明确指出了这一区别。Gizmodo从NASA艾姆斯研究中心的Q2B活动报道,他反对以量子比特数量作为记分牌。“新闻稿总是谈论量子太空竞赛中的量子比特数量,”他说。“不仅仅是数量,更是量子比特质量。”
在同一会议上,马丁尼斯表示谷歌正在当月制造其49或50量子比特的霸权设备,将在两周内开始测试,不计圣诞节延误。他描述了实验:纠缠量子比特,让系统演化,然后测量结果,其概率复杂到经典机器必须模拟量子计算机来检查,可能需要数周来完成量子设备几分钟内完成的任务。
加州理工学院理论物理学家约翰·普雷斯科尔在同一活动上发言,将该时期命名为NISQ时代,即嘈杂中等规模量子计算机,并表示向容错机器迈进的进展必须继续。
霸权,随后是反驳
2019年的结果出现在一篇论文中,该论文在短暂发布到NASA.gov后被撤下,Fortune随后获得了它。谷歌当时拒绝确认其真实性。该公司自己的博客后来描述该测试计算耗时200秒,而最强大超级计算机上已知最佳算法需要数千年。论文称,谷歌云服务器完成同一任务需要50万亿小时,而在量子处理器上仅耗时30秒。
Sycamore有53个量子比特,是从一个名为Bristlecone的72量子比特设计缩减而来。研究人员写道,量子加速在实际系统中是可实现的,并未被隐藏的物理定律所禁止,并预测量子计算能力将以双指数速率增长。
IBM的吉尔拒绝了这种框架,而非实验本身。他告诉Fortune,该测试是一个高度特殊的实验室实验,没有实际应用,并且量子计算机将与经典机器协同工作,而不是凌驾于它们之上。英特尔实验室量子硬件总监吉姆·克拉克称其为一个值得注意的里程碑,并表示商业可行的量子计算机需要更多进展。
自那以后,该领域一直在解决比任何单一基准都更重要的问题:错误纠正。已发表的研究描述了用远少于早期估计的CPU核心年进行因式分解,而近期围绕IonQ、Infleqtion和能源部路线图的所有头条新闻都指向同一方向。这些都不能抹去2019年。它们只是证实了门罗一开始所说的:里程碑是一个开始,而不是终点。
资料来源
5- 01Google's New Chip Is a Stepping Stone to Quantum Computing SupremacyEN
- 02IBM says it's reached milestone in quantum computingEN
- 03Why Google Is Poised to Hit the Next Critical Milestone in Quantum ComputingEN
- 04Google Claims 'Quantum Supremacy,' Marking a Major Milestone in ComputingEN
- 05What our quantum computing milestone meansEN
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