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什么是量子霸权?我们如何才能实现它?

现在,我们在量子计算领域似乎并没有特别明显的突破。因此,有怀疑论者仍然认为我们夸大了量子计算的前景,量子霸权只是一个空想。在某种程度上可能确实有些夸大,但这并不意味着它不会发生。

作者:谢涛来源:IT168|2018-06-08 10:54

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现在,我们在量子计算领域似乎并没有特别明显的突破。因此,有怀疑论者仍然认为我们夸大了量子计算的前景,量子霸权只是一个空想。在某种程度上可能确实有些夸大,但这并不意味着它不会发生。

量子计算领域的研究需要大量的资金,而且其前期成果与投入相去甚远。这也是为什么一些专家认为量子计算机最终会超越传统计算机是一种不切实际的幻想。显示告诉我们这些人错了。但在此之前,我们先来看看这个问题。

什么是量子霸权(Quantum Supremacy)?

简单地说,这是我们未来的计算发展进程中的一个里程碑,实现量子霸权就意味着,量子计算机可以言之凿凿地对传统计算机说:“任何你能做的事,我都能做得更好”。本质上,量子计算机在同一任务中都能够表现得比经典计算机表现更好。

在宽泛一点说,要使量子计算机真正对我们有用,它不能只是一个仅仅可以解决单个问题的系统。它不是这种技术。相反,量子霸权应该意味着我们可以创造一个量子计算机,这个计算机能够运行无数的算法,适用于各种不同的应用——而这些都是传统计算机无法运行的。

它离我们有多远?

不幸的是,这个问题没有人知道答案。当然这并不是说它不会实现——多年前也没人知道人类什么时候会破解飞行的奥秘,也没人知道什么时候造出大型强子对撞机。这些事情的发生不像暴风雨一样,对环境的影响直观又明显,而是在经过几十年的研究、投入以后,才慢慢产生深远的影响。

在职业撰稿人科林·厄尔最近发表的一篇文章中,他说:

研究人员一直在预测,“下一个十年,我们将会完成这种突破”,可是这种情况已经持续了四十年。尽管投入了数十亿美元,但目标日期仍然在不断后延。

笔者认为,虽然真正意义上的量子霸权仍未实现,但量子计算领域的确有很多让人激动的突破。不过科林也指出了一个非常具体的问题:噪声。

噪声对传统计算机来说并不是一个严重的问题——它们的电路已足够强大,能够承受一些噪声,并以热量的形式将其带走。他继续写道:

量子态本质上是脆弱的,极易被噪声破坏。有人试图用纠错量子电路来解决这一挑战,但这些机制也必须与量子比特一样呈指数级增长。他们不能。因此量子计算机将永远无法使用。

但噪声真的是无法解决的问题吗?未必。

什么是量子霸权?我们如何才能实现它?

解决噪声问题

噪声无疑是量子计算机系统中最大的问题。事实上,笔者认为,如果你是开发这些机器的研究人员,克服这个问题基本上就是你的工作。

幸运的是,这种东西并没有一个时间期限,我们有充分的时间来解决这一问题。最终——许多科学家断言——我们将实现目标。这不仅仅是推测。以下是量子计算机中噪声问题的一些潜在解决方案:

·时间晶体。没人懂这个东西,但它可能是一个方案。

·玻色—爱因斯坦凝聚态。这个东西冻结了原子云和激光,是一个真实的通量电容器。不开玩笑,这很可能是一个量子纠错工具。

·在量子系统中建立更强的容错能力的实验理论。

·机器学习和人工智能的进一步发展。

除此之外,还有几十个正在进行的实验,也可能是几百个。只要研究人员致力于解决噪声问题、温度问题、规模问题以及任何其他障碍的研究,就有希望。

正如谷歌所说的那样,我们可能今年无法实现量子霸权,但这并不意味着我们在20年、30年或100年后也无法实现。在量子物理学的世界里,“不可能”的说法站不住脚。

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【责任编辑:武晓燕 TEL:(010)68476606】


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