谷歌的量子計算機,算不算人類的一個裡程碑?

2021-02-24 光子盒

出品  光子盒研究院

來源  國外資訊翻譯

1903年12月17日,在北卡羅來納州的基蒂霍克,奧維爾·萊特乘坐著他和弟弟威爾伯建造的飛機「飛行1號」。

12秒後,他們的飛機顛簸著陸,而代表著人類可以翱翔時代卻開始了。

當時的報導反應平淡,甚至在幾年以後,也僅僅將萊特兄弟描述為「迄今為止最成功的飛行器的發明者」。

人們沒啥感覺,更不會意識到這是人類的一個裡程碑。

萊特兄弟試飛第一架滑翔機

2019年10月,谷歌宣稱同樣意義的裡程碑再次出現。

谷歌在加州戈萊塔的研究小組,用一臺裝在「Sycamore」的處理器的實驗用的量子計算機,在200秒鐘內完成了一個隨機數生成任務的時候(如果是用當今最快速的傳統超級計算機,完成這個任務也要花上一萬年的時間之久)。

谷歌很自豪,他們實現了「量子至上」,建立了一個能夠完成傳統計算機根本無法完成的任務,這個任務如果用現有計算機恐怕要等到12019年你才能看到結果。

所以,谷歌目前在量子計算領域已經取得的成果,真能和人類歷史上的那些重要裡程碑相比嗎?

這是對量子計算的重要性和未來走向產生一個錯誤的認知。

桑達爾皮查伊 谷歌(Google)執行長在加州戈萊塔(Goleta)用一臺量子計算機擺姿勢。實驗室。[圖片:谷歌提供]

IBM明確表示量子霸權的時刻還遠沒有到來。

IBM此前安裝在橡樹嶺國家實驗室上的超級計算機已經可以達到200peaflop(petaflop,是衡量計算機性能的一個重要單位,1petaflop等於每秒鐘進行1千萬億次的數學運算),如果要完成谷歌同樣的任務,IBM需要兩天半時間,雖比不上Sycamore的速度,但也足夠快了,至少是一個可行的替代方案。

雖說IBM是谷歌在量子計算領域最強勁的競爭對手,但是「量子至上」整個理念值得深思,以及它將在什麼時刻點可以與人類歷史上其他決定性時刻相提並論。

當討論「量子至上」的時候,有兩種計算機模式需要考慮。

第一種,我們熟悉的經典電腦,從1956年的UNIVAC 1到如今的智慧型手機以及最為強大的超級計算機,核心原則是都是基於傳統的1和0的數字運算來執行的。

第二種,完全顛覆我們認知的量子計算機,採用不同的物理和技術概念,它的基本構建塊是一個量子位——可以同時表示1、0或兩者。

量子計算機能以前所未有的速度完成超級龐大的計算任務。

舉個例子,谷歌所說的基準測試,按常規是需要一萬年來完成,牛逼的IBM超級計算機兩天半就搞定了。但是!更牛逼谷歌的量子計算機Sycamore居然只用了200秒鐘。

既然如此,量子計算機幹嘛不終結對經典計算呢?

這其實也是IBM跟谷歌雙方口水戰的一部分。IBM始終認為,量子計算機目前過於稚嫩,未來在很長一段時間內更有可能是經典和量子計算機的協同工作。

正如加州理工學院教授約翰·普雷斯基爾在2012年那篇具有影響力的論文中所解釋的,「量子優勢」並不是一個單一的拐點,而是一個時代,在這個時代裡,「我們將能夠在受控量子系統的範圍內完成超出經典計算機所能實現的任務。」

在谷歌、IBM和其他公司裡,量子計算機研究的整個目標是建造出擅長於完成在經典計算機上不可能完成的任務,從而徹底改變世界的計算機。

儘管谷歌聲稱自己獲得了「量子至上」獎,但它也承認,在量子計算機可以廣泛應用之前,仍有大量工作要做。谷歌的對外宣傳,把這200秒視為量子計算機的『HelloWorld』程序,相當於程式設計師用一種新語言進行的超簡單的編程練習。

首先,目前的量子計算機容易出錯。在這次對外活動中,硬體團隊的一名成員瑪麗莎朱什蒂納(Marissa Giustina)用白板繪製了一條時間線,顯示目前的階段只是我們可以接受計算機報錯的那個時間點的一半,現在仍處於早期。

谷歌的瑪麗莎·朱什蒂納(Marissa Giustina)在新聞發布會上勾勒出了量子計算的連續過程。

有人批評谷歌捏造了一個人為的基準問題,你的量子計算機它還沒有做任何有用的事情。

谷歌用了一個歷史事件回應:1957年,蘇聯發射的第一顆人造衛星Sputnik。人造衛星也沒做什麼,它繞著地球盤旋,發出嗡嗡聲。然而,這是太空時代的開始。

值得一提的是,在1957年,美國對蘇聯人造衛星發射的關注點很奇特,在於蘇聯是否利用這一新技術來監視美國。但是當美國從太空技術的角度重新審視這顆衛星,並做出反應的時,人們突然明白了這顆衛星為何如此重要。

Sputnik,前蘇聯造的人類第一顆人造衛星

在思考谷歌的研究論文和IBM對此的反應時,你會發現IBM很可能是對的。

谷歌的成就雖然有重要意義,但還不足以比肩1969年的阿波羅登月。

從一開始,將量子霸權拿來跟登月這一的裡程碑時間相比較就不合適,因為登月是在一瞬間實現的,而且對每個人來說都是永遠清晰的。這更像是根除麻疹:它可以實現,然後暫時沒有實現,然後再實現。

因為按照定義,量子至上是為了擊敗經典計算機,而後者至少可以在一段時間內進行反擊。

很少有人類的進步是「立即實現的「,因此,在評估谷歌行動的全部影響之前,耐心等待時機的到來是非常正確的事。

你我明白,雖然我們現在還沒有進入到量子計算主宰一切的時代,但它早晚會來,不會太遠。

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