【在“量子优势”的决战中，目前还没有明确的赢家】
量子计算机和经典计算机之间的实验显示了术语不断演变的含义 。
上图：Xanadu公司研制的量子芯片 。
上个月 ， 多伦多创业公司 Xanadu 的物理学家在《自然》杂志上发表了一项有趣的实验 ， 他们在实验中生成了看似随机的数字 。 在新冠大流行期间 ， 他们建造了一台名为 Borealis 的桌面机器 ， 由激光器、镜子和一公里多的光纤组成 。 在 Borealis 内部 ， 216 束红外光通过复杂的棱镜网络反弹 。 然后 ， 一系列探测器在穿过棱镜后计算每个光束中的光子数量 。 最终 ， 机器一次生成了 216 个数字 —— 一个数字对应于每个相应光束中的光子计数 。
实际上 ， Borealis 是一台量子计算机 ， 根据 Xanadu 研究人员的说法 ， 这种激光驱动的“掷骰子”超出了经典或非量子计算的能力 。Borealis 从复杂的统计分布中生成一组 216 个数字需要 36 微秒 。 他们估计 ， 实验时最强大的超级计算机 Fugaku（富岳）平均需要 9000 年才能从相同的分布中产生一组数字 。
这个实验是一系列所谓量子优势的最新展示 ， 量子计算机在特定任务中击败了最先进的超级计算机 。 物理学家尼古拉斯·奎萨达（Nicolas Quesada）说 ， 这个实验“突破了我们可以制造机器的界限” 。 尼古拉斯·奎萨达是 Xanadu 团队的成员 ， 现在供职于蒙特利尔综合理工学院（Polytechnique Montréal） 。
瑞典查尔默斯理工大学的劳拉·加西亚-阿尔瓦雷斯（Laura García-álvarez）虽然没有参与这个实验 ， 但她表示说 ， “这是一个巨大的技术进步 。 这台设备完成了一个被认为是传统计算机难以完成的计算 。 但是 ， 这并不意味着实用的商业量子计算 。 ”
那么 ， Xanadu 公司宣称的量子优势到底意味着什么呢？加州理工学院物理学家约翰·普雷斯基尔（John Preskill）在2011年创造了“量子霸权/量子至上（quantum supremacy）”这个概念 ， 他将其描述为“量子计算机可以做传统计算机不能做的事情 ， 而不管这些任务是否有用” 。 （从那时起 ， 该领域的许多研究人员转而称其为“量子优势” ， 以避免“白人至上”的质疑 。 Xanadu的论文实际上称之为“量子计算优势” ， 因为他们认为“量子优势”意味着计算机执行了一项有用的任务 —— 实际上并没有 。 ）
物理学家约翰·普雷斯基尔的话表明 ， 获得量子优势将是一个转折点 ， 标志着一个新技术时代的开始 ， 在这个时代 ， 物理学家将开始为量子计算机设计有用的任务 。 事实上 ， 人们对这一里程碑的期待如此之高 ， 以至于谷歌研究人员在2019年首次声称量子计算机的性能超过了经典计算机 ， 这一说法被泄露了 。
但是 ， 随着越来越多的研究人员声称他们的机器具有量子优势 ， 这项成就的意义变得越来越模糊 。 首先 ， 量子优势并不意味着量子计算机和经典计算机之间竞赛的结束 。 这只是一个开始 。
量子优势的每一项主张都促使其他研究人员开发出更快的经典算法来挑战这一主张 。 在谷歌的例子中 ， 它的研究人员进行了一个类似于 Xanadu 的随机数字生成实验 。 他们写道 ， 一台最先进的超级计算机需要1万年才能生成一组数字 ， 而他们的量子计算机只需要200秒 。 一个月后 ， IBM的研究人员认为谷歌使用了错误的经典算法进行比较 ， 一台超级计算机应该只需要2.5天 。 2021年 ， 一个团队使用中国的神威·太湖之光超级计算机表明 ， 他们可以在304秒内完成这项任务 —— 只比谷歌的量子计算机慢一点 。 同年 ， 该算法的开发人员提出了一种更快的方法 。 参与开发这两种算法的中国科学院物理学家说 ， 一台更大的超级计算机可以在几十秒内执行这个算法 。 这将使传统计算机再次居于首位 。
布里斯托尔大学的物理学家雅各布·布尔默（Jacob Bulmer）说：“如果你说你已经获得了量子优势 ， 你的意思是说 ， 没有人会像你的实验那样精确地模拟你的实验 。 当你做出这样的断言时 ， 这将是一个重大的科学时刻 。 而重大的主张需要强有力的证据 。 ”
中国科技大学的研究人员在2020年发表的一份量子优势声明也遭到了类似的批评 。 由物理学家潘建伟领导的团队也使用他们的量子计算机根据设定的概率分布生成数字 。 在他们的论文中 ， 他们声称他们的量子计算机可以在200秒内产生一组数字 ， 而世界上最强大的超级计算机需要25亿年 。 今年1月 ， 物理学家雅各布·布尔默带领一个团队证明 ， 一台超级计算机完成此任务实际上需要73天的时间 。
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