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《自然》雜志官方澄清:量子霸權被夸大

2019-10-25 16:29:34 點擊: 來自:地球知識局

來源:金色財經

此前被美國NASA曝光又撤稿的谷歌“量子霸權”的論文登上Nature最新一期封面,幾乎在相同時間,比特幣引來一波暴跌。

10月23日,此前被美國NASA曝光又撤稿的谷歌“量子霸權”的論文登上Nature最新一期封面,幾乎在相同時間,比特幣引來一波暴跌,很多人認為這篇論文是此次暴跌的原因之一。谷歌“量子霸權”的論文到底講的什么?是不是和人們想象的那樣?會不會對加密貨幣造成沖擊?

金色財經翻譯了本期Nature的社論文章《A precarious milestone for quantum computing》。以下為譯文:

如果“量子霸權”被夸大,那么對整個量子計算行業來說將會是百害而無一利。事實上,量子計算機想要普及依然需要數十年時間,這條道路不僅漫長而且坎坷。

 (上圖是谷歌人工智能量子團隊成員,從左到右分別是:Charles Neill、Pedram Roushan、Anthony Megrant和團隊領導John Martinis) (上圖是谷歌人工智能量子團隊成員,從左到右分別是:Charles Neill、Pedram Roushan、Anthony Megrant和團隊領導John Martinis)

(上圖是谷歌人工智能量子團隊成員,從左到右分別是:Charles Neill、Pedram Roushan、Anthony Megrant和團隊領導John Martinis)

由谷歌人工智能量子團隊領導的研究人員已經創建了一種比傳統計算機執行速度更快的芯片,也引發了業內對“量子霸權”的爭論。正如此前所報道的那樣,谷歌研究人員聲稱他們的量子芯片能在不到三分鐘時間內完成世界上最快超級計算機花1萬年才能處理的計算。

坦率地說,全世界聽到谷歌發布這個消息之后的確感到非常震驚,因為如今某些量子計算任務已經超出了超級計算機的計算能力范圍(比如加密貨幣),但現在就說“量子霸權”代表了信息技術的新曙光,似乎還為時尚早。

那么,如何更好地理解“量子計算”呢?實際上,我們可以做個形象的比喻。如果說谷歌的量子計算機是萊特兄弟在1903年發明的第一架飛機“雛鷹”(Kitty Hawk)的話,那么我們與“量子霸權”的距離可能就像“雛鷹”與噴氣式飛機之間的距離。至少,量子計算機想要成為“日常使用的計算機”依然需要數十年、甚至更長時間。

盡管如此,谷歌量子計算在科學和工程方面的成就肯定不能被低估。實際上,世界各地量子計算研究團隊一直都在努力釋放量子處理能力,其中就包括量子疊加(superposition),在這種量子疊加中,粒子在被觀察到之前似乎具有多種狀態,量子疊加就是指一個量子系統可以處在不同量子態的疊加態上。著名的“薛定諤的貓”理論曾經形象地表述為“一只貓可以同時既是活的又是死的”;還有量子糾纏(entanglement),當幾個粒子在彼此相互作用后,由于各個粒子所擁有的特性已綜合成為整體性質,無法單獨描述各個粒子的性質,只能描述整體系統的性質,則稱這現象為量子纏結或量子糾纏(quantum entanglement)。量子糾纏其實是一種純粹發生于量子系統的現象,在經典力學里找不到類似的現象。如果我們可以更精確地控制這些行為,那么與當今超級計算機相比,他們就能在某些任務上產生巨大的處理能力——而這,就是谷歌團隊所取得的成就。

谷歌的量子芯片被稱為“Sycamore”,其中包含了53個單獨控制的超導量子比特(qubit),這也是量子計算機的基本構建模塊。谷歌人工智能量子團隊選擇計算隨機量子電路的輸出——就像量子隨機數生成器一樣,谷歌研究人員坦誠表示,這不是一件容易的事情。位于田納西州橡樹嶺國家實驗室的“Summit”超級計算機是世界同類計算機器中功能最強大的,這臺設備花上一萬年時間才能完成的計算,“Sycamore”只需要200秒即可搞定。

“Summit”超級計算機可以調用9000多個功能強大的中央處理器(每個處理器有80億個晶體管)和將近28000個圖形處理器(每個有210億個晶體管)。相比之下,谷歌如此強大的原生計算能力只需要53 qubit,所以現在你能理解為什么人們聽到“量子霸權”之后會如此興奮和樂觀了吧。

但是,真正可論證的“量子霸權”其實非常有限。在量子計算機能夠做更多有意義的事情之前,我們仍然需要看到現有的巨大差距,比如模擬材料或化學反應的性質、或加速藥物開發,等等。不僅如此,量子計算機對環境噪音——包括溫度變化和電磁場等日常現象是相當敏感的。所以,研究人員如何客服這些障礙并解決其他潛在問題顯然還需要花費較長時間。

實際上,量子計算機這件事需要謹慎對待。然而我們發現,媒體的鼓吹很容易讓市場陷入到“量子計算淘金熱”中,投資者、政府、還有企業可能會將大量資金投入到發展量子技術中,也會激起一些對量子計算機不切實際的期望,比如盲目認為這種強大的計算設備可能即將出現在人們的日常生活里——而這種誤導的樂觀情緒,其實會對仍處于起步階段的量子計算行業構成危害。

誠然,媒體的推動有助于構建一個繁榮的量子技術專家網絡,但提供資金的投資人往往不會看到那么長遠,他們最終目的就是尋求投資回報,假如投資人發現自己需要從“雛鷹”等到噴氣式飛機,想必就不會有強烈的投資熱情了。所以,這就是為什么說媒體過度宣傳可能會進一步提高人們對量子計算機的期望,結果百害而無一利。研究人員擔心,如果量子計算機無法盡快提供有用的東西,“量子冬天”可能會降臨,從而導致研究進展緩慢、投資停滯、甚至走向幻滅。

我們智能手機里的處理器之所以會有強大的計算功能,其實是通過數十年的持續投資——通常是公共投資支持研發而成,量子處理器將同樣需要創新經濟學家所說的“耐心資本”提供幫助。(金色財經注:耐心資本(Patient Capital)是長期投資資本的另一種說法,泛指對風險有較高承受力且對資本回報有著較長期限展望的資金。)

在科技的發展歷史中,常常會有人提出一些“高不可攀”的期望,他們這么做有時可能僅僅是為了逃避現實。對于量子計算機來說,現在只是一個漫長又不可預測的旅程的開始,研究人員必須要明白,雖然他們最終會達到目的地,但道路上肯定會面臨各種挑戰、成本也會不斷增加。

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