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Google:仍需等10年才能構建出性能更優的量子計算機、量子計算與AI 技術一樣重要!

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科技產業資訊室 - May 發表於 2019年10月25日

圖、Google:仍需等10年才能構建出性能更優的量子計算機
 
谷歌(Google) AI 量子團隊終於正式發表論文並講述其如何實現了“量子霸權(Quantum Supremacy)”, 宣稱Google的成果打開了通往許多可能性的大門,這也是以前任何人都沒實現過的。

Nature雜誌於2019年10 月23 日在官網發布最新報導,谷歌稱發布量子霸權具有里程碑意義(Hello quantum world! Google publishes landmark quantum supremacy claim)。Google團隊表示使用一種經典技術可以在2.5天內解決原本須1萬年才能解決問題。之前Google曾經短暫刊登於NASA後又撤下,該事件可以參閱本站前期文章Google製造出53 Qubits量子計算機達成量子霸權、卻遭 IBM 質疑』。

同時,谷歌CEO Sundar Pichai也接受麻省理工科技評論專訪,重要內容摘要如下:
  • 他表示谷歌團隊構建量子計算機是一個極其複雜的工程,從晶圓和製造邏輯門開始,一層層堆疊製作晶片,然後用AI 技術對運算進行模擬,再從每次測試中不斷調整精進,才換來了此次的研究成果。
  • 他認為Google仍需要10年時間來研究才能構建出性能更優的量子計算機。
  • 量子計算與AI 技術一樣重要!Sundar Pichai 此次的成果能實現在實驗室中操控量子位並維持疊加態,因為自然界最根本的運行法則與量子力學有關。同時,他認為兩者間存在著很強的共生關係,目前該二者都還處於早期發展階段,未來他們會從更進一步的發展中更加互相滲透,比如AI 可以被用來加速量子計算,而量子計算又能被用來加速AI 算法,他認為只有將二者深度結合才能產出真正的果實,並助力解決包括氣候變化在內的許多急需解決的棘手問題。
一般來說,鏈接的量子位(qubits)越多,在設備運行時保持其脆弱狀態就越困難。Google的算法在由54個量子比特組成的量子晶片上運行,每個量子比特都由超導環組成。但這只是通用機器可能需要的100萬個量子位的一小部分。該研究團隊在該名為Sycamore的計算機,以描述隨機數生成器的量子版本產生不同結果的可能性,通過運行一系列隨機操作傳遞53個量子比特的電路來實現此目的。這將生成一個由1和0組成的53位字符串,總共為2的53次方之可能性組合(僅使用了53個量子位,因為Sycamore其中之一個被破壞了)。該過程是如此復雜,以至於無法根據第一原理來計算結果,因此實際上是隨機的。但是由於量子位之間的干擾,一些數字串比其他數字串更可能出現。這類似於滾動加載的管晶(loaded die),即使在某些結果比其他結果更有可能,它仍會產生隨機數。

Sycamore通過對電路進行採樣(運行100萬次並測量觀察到的輸出字符串)來計算概率分佈。該方法類似於滾動模具以顯示其差異分布。也就是說,這台機器使用實驗來找到無法經典計算的量子問題的答案。所以說,Google的計算機不是單一用途的,而是可編程的,可以將量子電路應用於任何設備下。 

驗證解決方案是另一個挑戰。為此,Google團隊將結果與較小和較簡單版本的電路仿真得到的結果進行了比較,例如:在橡樹嶺國家實驗室的Summit超級計算機,Google團隊推論估計,即使在一台具有一百萬個處理單元的計算機(相當於大約100,000台台式計算機)上,對整個電路進行仿真也需花費10,000年的時間,而Sycamore只花了3分20秒。


谷歌為證明量子霸權而設計的實驗可能具有實際應用:他創建了一個協議(protocol),使用這種計算向用戶證明量子隨機數發生器產生的比特確實是隨機的。例如,應用於加密和某些加密貨幣(其安全性取決於隨機密鑰),可能很有用。
 
至於未來發展,Google工程師必須對其硬體進行大量改進才能運行該算法,包括構建新的電子設備以控制量子電路,並設計一種連接量子位的新方法。
(1008字;圖1)

Youtube視頻:Quantum supremacy by Google



參考資料:
Hello quantum world! Google publishes landmark quantum supremacy claim. Nature, 2019/10/23.
谷歌正式宣布量子霸權實現!獨家專訪谷歌CEO:意義堪比萊特兄弟發明飛機。麻省理工科技評論,2019/10/24。
Google製造出53 Qubits量子計算機達成量子霸權、卻遭 IBM 質疑。科技產業資訊室,2019/9/26。


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