谷歌宣布量子计算机新突破：经典超算需 47 年的任务可在几秒内完成

谷歌宣布量子计算机新突破：经典超算需47年的任务可在几秒内完成谷歌科学家近日在ArXiv平台上发布预印本论文，表示在量子计算机方面取得重大突破，可以在几秒内完成了一台经典超级计算机需要47年才能完成的计算任务。谷歌于2019年推出了53量子位的Sycamore处理器，而本次实验进一步升级了Sycamore处理器，已提升达到70个量子位。谷歌表示升级Sycamore处理器之后，虽然受到相干时间等其它因素的影响，其性能是此前版本的2.41亿倍。在实验中，科学家们执行了随机电路采样任务。在量子计算中，这涉及通过运行随机电路和分析结果输出来测试量子计算机的性能，以评估其在解决复杂问题方面的能力和效率。谷歌表示业内最先进的超级计算机Frontier需要47.2年才能计算完成的任务，53个量子位的Sycamore处理器只需要6.18秒就能完成，而新版70个量子位的Sycamore处理器速度更快。https://www.ithome.com/0/703/808.htm投稿：@ZaiHuaBot群组：@ZaiHuaChat频道：@TestFlightCN

谷歌量子计算机6秒内完成47年计算 超越世界第一超算

谷歌量子计算机6秒内完成47年计算超越世界第一超算论文称，谷歌最新Sycamore量子处理器目前拥有70个量子比特，而2019年版本只有53个量子比特。量子比特的增加，意味着可以成倍地提高量子计算机的性能，这使得新处理器的稳健性大约是以前的2.41亿倍。最新研究将标志着，量子计算迎来里程碑时刻。凭借其计算优势，谷歌的量子计算机有望彻底改变包括人工智能在内的各个领域。以前所未有的速度解决复杂问题，有望解锁下一代人工智能模型，突破许多领域从未超越的界限。47年被凝结成瞬间每个量子比特可以同时存在于0、1或叠加的状态，因此存储和处理这种级别的量子信息的能力很不容易，即使是最快的经典计算机也无法比拟。谷歌团队在一篇论文中表示，量子计算机有望执行超出经典计算机能力的任务。‘我们根据改进的经典方法估算了计算成本，并证明我们的实验超出了现有经典超级计算机的能力。’就算是田纳西州的Frontier超算（这已经是目前全世界最快的超算了），也碰不了量子计算机的瓷。当然前提是量子计算机释放出自身的潜力。因为传统的计算机用二进制的代码语言运行，仅限于0和1，以及双重状态。而量子计算机超越了这个限制。不过，目前研究人员还不能确定谷歌量子计算机的制造成本究竟是多少。但变革性的计算能力是毋庸置疑的。根据谷歌团队的说法，Frontier超级计算机只需6.18秒即可匹配谷歌-53量子比特计算机的计算结果。然而，同样的一台Frontier则需要47.2年才能与谷歌最新的70量子计算机所能提供的的计算能力相匹配。领域内的许多专家都认为谷歌的新量子计算机是一项重大进步。剑桥量子公司Riverlane的CEOSteveBrierley将谷歌的进步称为一个‘重大里程碑’。‘量子霸权？这个问题我们不用再争论了。’同样，苏塞克斯量子技术中心主任的一位教授赞扬谷歌解决了传统计算机难以计算的某些特定学术问题。他强调，在我们眼前关键的下一步，是创建能够纠正自身固有操作错误的量子计算机。虽然IBM尚未对谷歌最新的量子计算机置评，但明显，谷歌在量子计算领域的这一进展引起了全球研究人员和公司的共同关注。毫无疑问，这将为计算技术的发展开辟新的前景和竞争。研究中，团队提到噪声与相干演化相竞争，并破坏了长程相关性，这使得充分利用近期量子处理器的计算能力成为一个巨大的挑战。研究人员进行了随机电路采样（RCS）实验，在这些实验中，他们确定了由量子动力学和噪声之间的相互作用驱动的不同阶段。在量子计算中，这涉及通过运行随机电路，并分析结果输出来测试量子计算机的性能，以评估其解决复杂问题的能力和效率。在电路深度的驱动下，系统首先经历动态相变，其中输出分布不再集中在比特串的一部分中。第二个是由噪声驱动的转换。利用交叉熵基准，研究人员观察到了阶段边界，这可以定义噪声量子演化的计算复杂性。在模拟的估计计算成本，比起经典计算机，53量子比特完成1百万个噪音样本比其快6.18秒。而70量子比特要快47.2年。最后，谷歌团队展示了一个24周期70量子比特的RCS实验，估计保真度为1.7-107%，这意味着在相同保真度下，电路体积增加了约60%。谷歌根据改进的经典方法估算了计算成本，并证明了新量子计算机有着超出了现有经典超级计算机的能力。70量子比特的Sycamore实现了量子优势谷歌团队表示，尽管迄今为止RCS已经取得了成功，但寻找近期噪声量子处理器的实际应用仍然是一个突出的挑战。他们进行的实验就提供了量子动力学如何与噪声相互作用的研究。观察到的相界为高噪声量子器件能够正确利用其计算能力的7个体系提供了定量指导。在弱噪声阶段，全局相关性主导XEB，这一事实保护了RCS免受欺骗的攻击，这些都是未来应用的设计方向。‘量子霸权’成乌龙？其实，早在2019年，谷歌便声称实现了量子霸权。研究人员在NASA网站上发表的论文一经发布，便引起了轰动。论文称，谷歌处理器能够在3分20秒内执行一个计算，而用当今最强大的超级计算机Summit进行同样的计算，需要约10000年。随后，谷歌这篇论文正式在Nature上重磅发表。论文通讯作者JohnMartinis和同事描述了实现量子霸权所取得的技术进展。他们研制了一台由54个量子比特组成的处理器（名为Sycamore处理器）。该处理器利用量子叠加和量子纠缠实现的计算空间与经典比特所能达到的相比，实现了指数级的增加。由于有1个量子比特无法有效工作，处理器实际只用了53个量子比特。研究团队开发的纠错流程可以保证较高的运算保真度（高达99.99%）。为了测试该系统，团队设计了一项对量子电路产生的随机数字进行采样的任务。对于经典计算机来说，这一任务的难度会随量子电路中量子比特数的增加而增加。最后，量子处理器在200秒左右的时间内从量子电路中采集了100万个样本，而当今最强大的超级计算机大约需要1万年的时间才能完成这一任务。Nature表示，‘谷歌实现量子霸权无疑是一项了不起的成就’。然而，针对谷歌‘量子霸权’事件的批判和质疑也随之而至。IBM团队写道，‘在一个经典的系统上，同样的任务的理想模拟可以在2.5天内完成，而且保真度要高得多。’这意味着谷歌实际上并没有表现出量子霸权，而且竞争仍在继续。微软、IBM也下注除了谷歌，IBM、微软也在量子计算机上押注未来。在微软看来，未来十年最大的创新可能是在聚变能源、人工智能和量子计算领域。6月，CEO纳德拉曾公布了微软宏伟目标，10年内建造出量子计算机。将未来250年的化学和材料科学进展压缩到未来25年。AzureQuantumElements通过整合高性能计算（HPC）、人工智能和量子计算的最新突破，可以加速科学发现。值得一提的是，AzureQuantum中的Copilot帮助科学家使用自然语言来推理复杂的化学和材料科学问题。前段时间，IBM量子计算机登上了Nature封面。IBM、加州大学伯克利分校的Nature论文展示了，一条通往有用量子计算的道路。研究首次证明，100+量子比特的量子处理器，可以产生精确结果，并达到超越领先的经典方法。最重要的是，无需纠错就可超越经典计算机。论文中，研究人员在IBM127量子比特鹰（Eagle）量子处理器上模拟了磁性材料的行为。至关重要的是，他们设法绕过了‘量子噪声’，取得了可靠结果。要知道，量子噪声会引入计算误差，是这项技术的主要障碍。有研究统计，自2015年以来量子计算的投资走势不断上涨。与经典计算相比，量子计算具有彻底改变行业和以指数级速度解决复杂问题的潜力。量子计算机的突破可能会彻底改变许多领域，从药物发现到气候建模、金融建模，甚至人工智能，其潜力是巨大的。具体来讲，对不同领域的影响：-密码学：增强加密和解密算法。-药物发现：加速新药的开发。-优化问题：解决复杂的优化挑战。-机器学习：改进模式识别和数据分析。-财务建模：加强财务风险分析和预测。-材料科学：设计具有特定特性的新型材料。-天气预报：提高天气预报的准确性。-量子化学：模拟和研究化学反应。-人工智能：增强人工智能算法和训练模型。这次，谷歌的新量子计算机标志着速度和潜力的突破性进步，开启了一个具有跨多个行业变革意义的计算新时代。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1371165.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1371165.htm

谷歌的新量子计算机能在几秒内执行其竞争对手 47 年才能完成的任务

谷歌的新量子计算机能在几秒内执行其竞争对手47年才能完成的任务谷歌近日宣布在量子计算机研发方面取得重大突破，声称已实现“量子霸权”。他们声称，他们的量子计算机可以在几秒钟内执行超级复杂的计算，而竞争对手最快的超级计算机需要大约47年才能完成。这不是谷歌第一次提出这样的说法。2019年，他们宣称量子霸权，但怀疑论者质疑他们主张的有效性。他们的竞争对手IBM认为，谷歌Sycamore量子计算机完成的任务并不是特别具有挑战性，并且在技术上可以由经典机器执行，尽管速度要慢得多。这一成就背后的谷歌研究人员在他们发表在arXiv预印本服务器上（尚未经过同行评审）的论文中解释说，量子计算机有潜力执行超出经典计算机能力的任务。他们进一步强调，在根据改进的经典方法评估计算成本时，他们的实验超越了现有的经典超级计算机。谷歌宣布推出的Sycamore量子处理器的升级版本，其现在运行在70个量子位上，而之前的量子位为53个。量子处理器拥有70个量子位，可以存储和处理70个量子信息单位，这对于任何经典计算机来说都是不可能完成的任务，无论其速度如何。为了说明功率的增加，该团队表示，经典超级计算机Frontier需要6.18秒才能匹配Google53量子位计算机的计算，但需要47.2年才能匹配最新计算机的计算。——

超级量子计算机“MOSS”离我们还有多远？

超级量子计算机“MOSS”离我们还有多远？其中，量子计算机550系列的戏份之多，甚至足以媲美电影中的主角，在几乎所有的关键场所、情节中都有出场，在电影中更是将其称为流浪地球计划得以成功实施的关键。图源：流浪地球2如果你有看完片尾阶段的彩蛋，你还会发现代号550W量子计算机，或许就是整个流浪地球系列电影中的最大反派，从人类逃亡计划的基石到幕后最大反派（可能），量子计算机真的如电影中描述的那般强大吗？现实中的量子计算机到底又发展到什么程度了呢？量子计算机到底是什么？什么是量子计算机？简单来说，量子计算机就是以量子逻辑进行通用计算的设备，其与传统的计算机有着本质上的区别。目前传统的计算机基本遵循二进制（在早期的电子管时期也有十进制等设备，后期则基本为二进制），其状态只有0与1，而量子计算机则不同，简略来说它有着0、1、2三个状态。图源：VEER略懂计算机发展历史的朋友此时或许就开始吐槽了，0、1、2不就是三进制计算机吗？要注意的是，三进制的0、1、2，只是表示其逢三进一的一种计算方式，而非状态。或者这么说会更好理解，在二进制系统中，0是关，1是开，只有开与关两种状态。而在量子计算机的系统中，0是关，1是开，2则是不确定（参考薛定谔的猫），在量子力学中一般将“2”的状态称之为叠加态，“2”并不代表某一个状态，而是n个状态的叠加。图源：维基百科所以，在量子计算机的运行过程中，“2”的存在使得量子计算机可以在同一时间处于n种状态中。举个例子，我们假设存在一台有四个比特的传统计算机，这台计算机每一秒只能得到一个状态，也就是0000或0101，那么想要获得所有状态就需要16秒。此时我们还有一台具有四个量子比特的量子计算机，它可以同时计算从0000到1111的所有排列组合，这意味着量子计算机只需要1秒钟就可以输出16种状态，相当于16台传统计算机同时运行的效率。16倍，好像并不多？那么如果将比特数增加到5呢？答案是32倍，6个比特呢？64，倍。随着比特数的增加，量子计算机与传统计算机之间的性能差距是呈指数级增长的，略懂数学的朋友应该能够意识到其中的恐怖，所以实际的量子计算机速度可以达到传统计算机望尘莫及的高度。而且，量子计算机还有一个神奇的特性——量子纠缠态，量子纠缠态可以无视时间、空间使得距离无数远的两颗量子瞬间完成同步。简单来说，如果有两颗处于纠缠态中的量子，一颗在中国，一颗在月球，在中国的人将手上的量子转了个圈（比喻）同时打开激光灯照向月球，在激光到达月球前，月球上的量子就已经同步转了一圈。量子纠缠态超越时间与空间的特性，使其成为科幻作品中时空穿梭等概念的可行性猜想之一。而在量子计算机中，科学家则可以利用这个特性，让量子计算机在同一时间里进行多组不同的运算，最后通过观察使其坍塌向概率最大的结果，也就是“正确答案”。可以说，在量子计算机面前，人类目前所使用的加密系统形同虚设，拥有一台强量子计算机的人理论上可以随意进出各国的在线金融系统，并且任意修改账户上的金额。当然，这是最无聊的应用，如果现实中可以造出550W，我们甚至可以从原子层面模拟整个世界。我们离“MOSS”还有多远？在《流浪地球2》中，MOSS是搭载于最新型量子计算机550W上的人工智能，550W的强大在电影中有着多处表现。比如同时控制全球各地的数万台行星发动机，还有余力进行行星发动机的建设与维护，甚至还可以模拟数字生命，使其寿命延长到70年（在550C中为2分钟）。量子计算机的性能，取决于其内置的量子比特数量，具体的性能指标则是“量子体积”，由IBM所提出的一个专用单位。电影中的550W量子体积为8192，目前IBM新闻中公开的最强量子计算机，量子体积为128，两者相差64倍。不过，编剧似乎在这里摆了一个小乌龙，八千多量子体积的量子计算机其实我们有了，理论上在离子阱量子计算机中，只需要13个量子比特就可以得到相同量子体积的计算机。有研究相关领域的网友表示，想要实现片中550W的算力，需要8000个以上的完美逻辑量子比特，那么我们现在的量子计算机最高是多少呢？433量子比特，由IBM制造，距离影片中的550W还有20倍以上的差距。图源：IBM而且，量子比特的数量增加，研发难度也会随之飙升，想要达到550W的同等算力，我们还有很长很长的一段路要走。而算力只是制造550W的第一步，想要在现实中复刻“MOSS”，目前还看不到希望。为何？不知道大家是否还记得电影中的一个桥段，太空电梯的无人机操控系统失控，最终的解决方案是将550C接入控制中心的主电脑，直接生成新的操作系统覆盖旧系统。该剧情桥段发生的时间点中，量子计算机仍是战略设备，仅用于少数极重要的项目中，所以无人控制中心所使用的其实是传统计算机。不需要额外的操作，550C就自主完成了两个计算机系统之间的编译转码，同时还在极短的时间里自编译了一个新的系统底层。而且550系列量子计算机几乎可以被用在所有需要算力的场景，这意味着550系列是通用量子计算机，在现实的量子计算机研发中，通用量子计算机还是如同空中楼阁般的存在，可望而不可即。我们目前的量子计算机，其本身有着很大的局限性，只有在特殊的运算中才能发挥出远超传统计算机的性能，比如并行运算等场景。而且，想要让量子计算机按照预定的形式运行，也需要技术人员提前进行设置。简单来说，我们目前的量子计算机是特异化的设备，只在特定领域可以正常运行，如果让其在非特定领域工作，性能甚至还不如传统计算机。可以说，量子计算机研发的最终梦想，就是打造一台通用量子计算机，届时一切需要用到计算机的事物，都将得到前所未有的加强。在一些研究者的设想中，成熟的通用量子计算机可以在原子层面模拟一个人乃至一颗星球，并且利用量子特性计算出这个人的未来，也就是科幻作品中的“预知未来”。听起来或许异想天开，但是在量子力学中这并非不可能实现的，在电影中也有所表达，比如数字生命图丫丫，还有片尾彩蛋中，MOSS预告了数十年后才会发生的木星危机。图源：流浪地球2我们与电影中的量子计算机距离，可以借用某个网友的一个比喻：“大概等同于钻木取火到i9处理器的差别”，除非出现新的科学大爆炸，否则我们这一代人是没有可能见到的。不过，或许也不需要悲观，在目前各国的量子计算机计划中，上千比特的量子计算机将在2023—2025年左右推出市场，随着量子计算机的普及，计算中心等基础设施将会得到可观的性能提升，随之而来的变革或许将会彻底颠覆我们的社会。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1341845.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1341845.htm