中國(guó)科學(xué)家表示，他們已經(jīng)開發(fā)出一種算法，可以執(zhí)行一項(xiàng)被認(rèn)為是經(jīng)典計(jì)算不可能完成的任務(wù)。這個(gè)算法的實(shí)現(xiàn)將再次挑戰(zhàn)谷歌的“量子霸權(quán)”。

1.中國(guó)利開經(jīng)典計(jì)算機(jī)發(fā)新算法，媲美谷歌量子計(jì)算機(jī)

該團(tuán)隊(duì)表示，他們的非量子經(jīng)典計(jì)算機(jī)在大約15小時(shí)內(nèi)完成了采樣任務(wù)，谷歌的Sycamore量子計(jì)算機(jī)成相同任務(wù)需要200秒。不過(guò)使用他們的方法生成的100萬(wàn)個(gè)不相關(guān)樣本的保真度為0.0037，而谷歌量子計(jì)算機(jī)的保真度為0.002，因此在保真度和準(zhǔn)確性方面要高于谷歌。

所謂的量子霸權(quán)指的是量子機(jī)器能夠執(zhí)行最強(qiáng)大的傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)無(wú)法完成的計(jì)算。而中國(guó)科學(xué)院理論物理研究所的科學(xué)家在一篇論文中表示，他們?cè)诮?jīng)典計(jì)算機(jī)上的算法使用512個(gè)圖形處理單元(gpu)，在大約15小時(shí)內(nèi)完成了對(duì)Sycamore量子電路的模擬。

2019年10月，谷歌表示，其Sycamore處理器是第一個(gè)實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)的處理器，它在3分20秒內(nèi)完成了一項(xiàng)任務(wù)，這將需要最好的經(jīng)典超級(jí)計(jì)算機(jī)——IBM的Summit 1萬(wàn)年的時(shí)間。

這一說(shuō)法，尤其是谷歌科學(xué)家得出的“10000年”結(jié)論受到了一些研究人員的質(zhì)疑。中國(guó)科學(xué)院的研究小組認(rèn)為，谷歌估算的計(jì)算時(shí)間依賴于一個(gè)特定的經(jīng)典算法，而不適用于所有可能算法的理論界限。因此在原則上，可能存在比谷歌使用的算法性能更好的算法。該團(tuán)隊(duì)否定了量子霸權(quán)的說(shuō)法，并提供了一種基于張量網(wǎng)絡(luò)方法的算法。

該研究所的張教授表示，目前在量子計(jì)算領(lǐng)域，將經(jīng)典計(jì)算和量子計(jì)算結(jié)合在一起對(duì)于現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用是非常重要的，因?yàn)榱孔佑?jì)算存在“噪音”或降低其準(zhǔn)確性的干擾。他說(shuō):“我們的新算法和使用先進(jìn)的經(jīng)典計(jì)算資源包括500多個(gè)gpu，這就是為什么我們的設(shè)備在隨機(jī)量子電路采樣問題上可以與谷歌的量子計(jì)算機(jī)相媲美。”

2.中國(guó)率先解決“量子霸權(quán)”采樣問題，未來(lái)模擬時(shí)間可縮短至幾十秒

在本月發(fā)表的最新論文中，該團(tuán)隊(duì)表示:“如果我們對(duì)量子霸權(quán)電路的模擬能夠在現(xiàn)代超級(jí)計(jì)算機(jī)上高效實(shí)現(xiàn)，原則上整體模擬時(shí)間可以縮短到幾十秒，這比谷歌的硬件實(shí)驗(yàn)要快。另外，據(jù)我們所知，這是第一次在實(shí)踐中解決了Sycamore量子優(yōu)勢(shì)電路的采樣問題，其保真度比谷歌的硬件樣本還大。”

模擬量子計(jì)算對(duì)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)開發(fā)技術(shù)十分重要，它使研究人員能夠在量子機(jī)器上運(yùn)行實(shí)驗(yàn)之前對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證，并有助于了解為量子機(jī)器提供動(dòng)力的功能以及量子和經(jīng)典系統(tǒng)之間的界限。

量子計(jì)算仍處于起步階段，但有望通過(guò)操縱亞原子粒子將計(jì)算能力提升到一個(gè)新的水平。科學(xué)家們希望它將有助于在材料科學(xué)和開發(fā)新藥等領(lǐng)域取得突破。

中國(guó)已經(jīng)將量子技術(shù)列為重中之重，它與其他六個(gè)關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域一起被列入了國(guó)家的五年發(fā)展計(jì)劃，特別是在計(jì)算、超安全通信網(wǎng)絡(luò)和精密測(cè)量等應(yīng)用領(lǐng)域。