在争夺量子霸权的竞赛中，研究人员声称领先于谷歌

在许多方面，量子计算领域仍处于初级阶段。2019年，谷歌首次展示了量子计算的可行性，声称“量子霸权”——这个术语指的是可编程量子设备在可行的时间内解决经典计算机无法解决的问题的能力。

 

谷歌Sycamore处理器的渲染图。图片（已修改）由谷歌提供

 

现在，中国科学院的一组研究人员表示，他们在一项最新发布的研究中篡夺了谷歌的说法。

 

首先，什么是量子霸权？

围绕量子计算的炒作大多来自于对量子计算最终将如何运行的理论预测。然而，在实践中，研究人员在温控实验室之外还远远没有达到这一潜力。

量子霸权是指量子计算机在任何给定任务中都优于经典计算机的能力。计算机科学家基于两个因素证实了量子霸权：首先，他们必须证明经典计算机不可能在合理的时间内解决某个计算，其次，他们必须证实量子计算机可以快速执行计算。

 

谷歌量子计算机拉开比赛序幕

按照这些标准，谷歌在2019年首次实现了量子霸权，当时其量子计算机Sycamore在特定任务上的表现甚至超过了世界上最好的超级计算机。

Sycamore的任务是模拟量子计算机的性能（这是一个非常自我参考的目标），其中生成一个随机量子电路来产生有限长度的比特串。由于量子干涉的影响，某些比特串比其他比特串发生的可能性更高，并且随着量子位和门周期的增加，找到这些比特串中哪一个最有可能变得更加困难。

 

Sycamore在200秒内完成了一项任务，而这项任务需要一台经典计算机一万年才能完成。图片由谷歌提供

 

在实验中，谷歌表明，在53个量子位和20个门周期的深度下，其Sycamore量子计算机在200秒内完成了任务，而世界上最快的经典计算机需要10000年的时间。Sycamore能够比经典计算机更快地解决这个问题，这标志着量子计算领域的一个重要里程碑，为量子计算可能真正成为一种可行的追求注入了活力。

 

新研究挑战谷歌的说法

中国科学院的研究人员现在声称要胜过谷歌2019年关于量子霸权的断言。

在计算经典计算机的10000年数据时，谷歌研究人员假设该计算机将运行薛定谔-费曼算法。中国科学院的研究人员决定开发一种新的、更高效的算法，以更快的速度执行这项任务。

 

研究人员使用的3D网络算法的表示。图片由Pan等人提供

 

该小组的新算法运行了谷歌2019年的量子霸权任务，将问题组织为张量的3D网络，每个张量由自己的一组互连向量组成。在由512个GPU组成的计算引擎上使用新算法，研究人员在15小时内完成了任务，而谷歌估计为10000小时。

研究人员假设，如果这种算法在世界上速度最快的超级计算机上运行，计算的总时间可能在几秒钟左右，比Sycamore的性能更快。

 

争夺量子霸权的竞赛仍在继续

针对这项新研究，谷歌量子人工智能首席科学家Sergio Boixo表示，“在我们2019年的论文中，我们说过经典算法会有所改进……我们认为这种经典方法在2022年及以后无法跟上量子电路的发展。”

虽然谷歌可能是第一个开始量子霸权竞赛的人，但它肯定没有结束这场竞赛。参与中国科学院研究的研究人员之一潘章断言，未来，研究人员需要找到真实世界的证据来证明量子优势。