科学家宣布：量子算法提高1.5万亿倍！1万年只需200秒！

一项新的研究表明，人类刚刚进入了量子霸权的时代！

根据研究人员在《自然》杂志上的报告说，量子计算机第一次解决了传统计算机在实际应用中无法解决的问题。来自加州大学圣巴巴拉分校谷歌人工智能量子实验室的物理学研究生研究员布鲁克斯·福克斯发表声明：在经典的超级计算机上计算1万年的时间，在我们的量子计算机上只需要200秒！成功实现了1.5万亿倍的飞跃！我们很高兴宣布这一成就！

量子计算机

1981年，美国阿拉贡国家实验室的Paul Benioff最早提出了关于量子计算的基本理论，此后量子计算机的发展逐渐兴起。量子计算机的厉害之处在于它是使用亚原子粒子存储信息，简单地说，它是一种可以实现量子计算的机器，是一种通过量子力学规律以实现数学和逻辑运算，处理和储存信息能力的系统。

我们知道亚原子粒子世界的行为规则与控制宏观世界的规则非常不同，而在量子计算机中其硬件的各种元件的尺寸达到原子或分子的量级。例如，量子粒子可以同时以两种不同状态的“叠加”形式存在，粒子可以被相隔数光年，但仍然“纠缠”在一起，影响彼此的属性，也就是所谓的“量子纠缠”简单来说，当两个粒子互相纠缠时，一个粒子的行为会影响另一个粒子的状态，此现象与距离无关，理论上即使相隔亿万公里外，一方一念刚生，另一方便知其所想，所以也有人把它们比作“超光速行为”的存在！

与传统超级计算机的区别

首先，传统计算机是通过集成电路中电路的通断来实现0、1之间的区分，基本单元是比特，比特是一种有两个状态的物理系统。但是量子计算机中，基本信息单位是量子比特（qubit），用两个量子态│0>和│1>代替经典比特状态0和1，这两者最关键的区别是量子比特可以以两个逻辑态的叠加态的形式存在，即两个状态是0和1的相应量子态叠加。

其次，量子计算机和普通的超级计算机计算载体也有区别，普通计算机的载体是集成电路，应用的是电路分析，量子计算机的载体是分子原子甚至更小的基本粒子，应用的量子相干性，因此两者的运算速度是千差万别！

这次此次谷歌的量子超级低温恒温器，里面就是此次实现量子霸权的Sycamore量子计算机。研究人员强调叠加现象是量子计算惊人的潜在能力的关键，量子计算机每单位体积能够存储和处理的信息比传统计算机多得多！

这项新研究让我们感受到了这种力量。由谷歌AI Quantum的Frank Arute领导的研究小组，使用了一种名为Sycamore的量子计算机，它有53个功能量子位外加一个不能正常工作的量子位。科学家们将这53个量子位元纠缠成一个复杂的叠加态，然后让Sycamore执行一个类似随机数生成的任务。然后将结果与在田纳西州橡树岭国家实验室的Summit超级计算机上运行的模拟进行比较。

来自麻省理工学院的物理学家威廉·奥利弗在《自然》杂志一篇文章中写道:“‘Summit’是目前世界上领先的超级计算机，每秒的运算能力约为2亿亿亿次。它由大约40000个处理器单元组成，每个处理器单元包含数十亿个晶体管和2.5亿千兆字节的存储空间。”

正如布鲁克斯·福克斯所指出的，Sycamore只花了3.5分钟就完成了，而这次峰会的工作表明，即使是最强大的传统超级计算机也要花上大约一万年的时间来研究这个问题。在世界上最快的超级计算机上，量子优势超越了当今领先的经典算法，这确实是一个了不起的成就，也是量子计算的一个里程碑。它从实验上再次表明，量子计算机代表了一种新的计算模型，这种模型与经典计算机有着根本的不同。

然而物理学家威廉·奥利弗也强调，在量子计算机成为我们日常生活的重要组成部分之前，还有大量的工作要做。在此之前，研究人员将不得不开发新的算法，可以在不久的将来使用容易出错的量子处理器。而且，为了使这项技术在长期内具有商业可行性，科学家们必须设计出强大的协议来纠正量子误差。