布里斯托的科學家指出量子計算機的奇異之處
2020-09-26 量財經AI布裡斯託大學的研究人員發現，全世界的科學家和工程師都在競相建造的超強大的量子計算機，需要比以前認為的更強大的功能，才能擊敗當今的普通PC。
量子計算機是一種在量子機械硬體上運行的新型機器，預計在解決某些問題方面將提供巨大的速度優勢。
領先的大學和公司(包括Google，Microsoft和IBM)的研究小組參與了實現第一臺跨入「量子計算奇點」的量子計算機的全球競賽。
這代表了一個非常複雜的問題，以致當今的頂級超級計算機要花費數個世紀才能找到解決方案，而量子計算機可能會在幾分鐘內破解它。
現在，來自布里斯托(Bristol)的一組科學家發現，這種奇異性的界限比以前想像的要遙遠。
這項研究本周在《自然物理學》上報導。
該結果適用於一種稱為「玻色子採樣」的極具影響力的量子算法，該算法被設計為展示量子計算相對於經典機器的至高無上的直接途徑。
玻色子採樣問題旨在通過光學晶片中控制的光子(光粒子)來解決，這是布里斯托的量子工程與技術實驗室(QETLabs)率先提出的技術。
預測從大型光學晶片中出現的許多光子的圖案與極其困難的隨機矩陣計算有關。
隨著量子技術的飛速發展，似乎可以達到一個穿越量子計算奇點的玻色子採樣實驗。但是，布里斯托團隊能夠重新設計一種古老的經典算法來模擬玻色子採樣，從而產生了巨大的後果。
QETLabs的負責人Anthony Laing博士領導了這項研究，他說：「這就像調整舊的螺旋槳飛機以使其比早期的噴氣式飛機更快。
「我們處於歷史的時刻，經典算法仍然有可能勝過我們期望最終超音速的量子算法。
「但是要證明這樣的壯舉意味著要組建一支由科學家，數學家和程式設計師組成的精明團隊。」
來自布里斯托計算機科學系的古典算法專家RaphaëlClifford博士重新設計了幾種經典算法來解決玻色子採樣問題，其中1950年代的Metropolised獨立採樣算法表現出最佳性能。
QETLabs研究人員「 EJ」(曾為LucasArts程式設計師)對仿真代碼進行了優化。布里斯托數學學院的Ashley Montanaro博士是計算複雜性的專家，而QETLabs的學生Chris Sparrow和Patrick Birchall則研究了競爭性量子光子技術的預期性能。
該項目的核心是將所有這些方面整合在一起的是QETLabs博士研究生和論文的第一作者Alex Neville，他對所有算法進行了測試，實施，比較和分析。
他說：「迄今為止，最大的玻色子採樣實驗是針對五個光子的。
「據信30個甚至20個光子足以證明量子計算的至上性。」
但是他能夠在自己的筆記本電腦上模擬20個光子的玻色子採樣，並通過使用部門伺服器將模擬大小增加到30個光子。
亞歷克斯補充說：「使用當今功能最強大的超級計算機，我們可以用50個光子模擬玻色子採樣。」
該研究建立在布里斯托作為量子科學和量子技術發展活動中心的聲譽上。
通過QETLabs，該大學開始了一項雄心勃勃的計劃，將量子技術帶出實驗室，並將其工程化為有用的設備，這些設備在現實世界中具有解決社會最棘手問題的應用。
除了與微軟，谷歌和諾基亞之類的科技公司合作之外，布里斯托還湧現了專注於量子技術的初創企業和新的商業活動。
整個量子研究活動中的一個重要主題是發展我們對量子技術如何可證明優於傳統計算機的理解。
最近，Montanaro博士與數學學院的Noah Linden教授一起組織了一個以海爾布隆為重點的研究小組，主題是量子計算至上。
這次會議將來自工業界和學術界的該領域的一些世界領導者帶到了布里斯托，進行了為期一周的激烈討論和合作。與會的參與者中有一位是設計玻色子採樣的理論家，來自奧斯丁分校的Scott Aaronson教授。
儘管性能優於傳統計算機的時間可能比原先希望的時間長一點，但是Laing博士仍然對構建能夠做到這一點的設備的前景感到樂觀。
他說：「我們現在對必須證明要證明量子機器可以比其經典對手進行超越計算的技術挑戰有深刻的認識。對於玻色子採樣，奇異點剛好超過50個光子。比我們最初想像的要難得多，但是我們仍然把握機會。」
Laing博士的研究小組專注於量子技術的實際應用，當前的工作將光子器件的尺寸和複雜性置於界限之內，這將是解決當今經典算法無法解決的與工業相關的問題所必需的。
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