官方澄清量子霸权被夸大

2019-11-06 23:48

摘要: 如果“量子霸权”被夸大,那么对整个量子计算行业来说将会是百害而无一利。事实上,量子计算机想要普及依然需要数十年时间,这条道路不仅漫长而且坎坷。 由谷歌人工.........

官方澄清量子霸权被夸大

如果“量子霸权”被夸大,那么对整个量子计算行业来说将会是百害而无一利。事实上,量子计算机想要普及依然需要数十年时间,这条道路不仅漫长而且坎坷。

由谷歌人工智能量子团队领导的研究人员已经创建了一种比传统计算机执行速度更快的芯片,也引发了业内对“量子霸权”的争论。正如此前所报道的那样,谷歌研究人员声称他们的量子芯片能在不到三分钟时间内完成世界上最快超级计算机花1万年才能处理的计算。

坦率地说,全世界听到谷歌发布这个消息之后的确感到非常震惊,因为如今某些量子计算任务已经超出了超级计算机的计算能力范围(比如加密货币),但现在就说“量子霸权”代表了信息技术的新曙光,似乎还为时尚早。

那么,如何更好地理解“量子计算”呢?实际上,我们可以做个形象的比喻。如果说谷歌的量子计算机是莱特兄弟在1903年发明的第一架飞机“雏鹰”(Kitty Hawk)的话,那么我们与“量子霸权”的距离可能就像“雏鹰”与喷气式飞机之间的距离。至少,量子计算机想要成为“日常使用的计算机”依然需要数十年、甚至更长时间。

尽管如此,谷歌量子计算在科学和工程方面的成就肯定不能被低估。实际上,世界各地量子计算研究团队一直都在努力释放量子处理能力,其中就包括量子叠加(superposition),在这种量子叠加中,粒子在被观察到之前似乎具有多种状态,量子叠加就是指一个量子系统可以处在不同量子态的叠加态上。著名的“薛定谔的猫”理论曾经形象地表述为“一只猫可以同时既是活的又是死的”;还有量子纠缠(entanglement),当几个粒子在彼此相互作用后,由于各个粒子所拥有的特性已综合成为整体性质,无法单独描述各个粒子的性质,只能描述整体系统的性质,则称这现象为量子缠结或量子纠缠(quantum entanglement)。量子纠缠其实是一种纯粹发生于量子系统的现象,在经典力学里找不到类似的现象。如果我们可以更精确地控制这些行为,那么与当今超级计算机相比,他们就能在某些任务上产生巨大的处理能力——而这,就是谷歌团队所取得的成就。

谷歌的量子芯片被称为“Sycamore”,其中包含了53个单独控制的超导量子比特(qubit),这也是量子计算机的基本构建模块。谷歌人工智能量子团队选择计算随机量子电路的输出——就像量子随机数生成器一样,谷歌研究人员坦诚表示,这不是一件容易的事情。位于田纳西州橡树岭国家实验室的“Summit”超级计算机是世界同类计算机器中功能最强大的,这台设备花上一万年时间才能完成的计算,“Sycamore”只需要200秒即可搞定。

“Summit”超级计算机可以调用9000多个功能强大的中央处理器(每个处理器有80亿个晶体管)和将近28000个图形处理器(每个有210亿个晶体管)。相比之下,谷歌如此强大的原生计算能力只需要53 qubit,所以现在你能理解为什么人们听到“量子霸权”之后会如此兴奋和乐观了吧。

但是,真正可论证的“量子霸权”其实非常有限。在量子计算机能够做更多有意义的事情之前,我们仍然需要看到现有的巨大差距,比如模拟材料或化学反应的性质、或加速药物开发,等等。不仅如此,量子计算机对环境噪音——包括温度变化和电磁场等日常现象是相当敏感的。所以,研究人员如何客服这些障碍并解决其他潜在问题显然还需要花费较长时间。

实际上,量子计算机这件事需要谨慎对待。然而我们发现,媒体的鼓吹很容易让市场陷入到“量子计算淘金热”中,投资者、政府、还有企业可能会将大量资金投入到发展量子技术中,也会激起一些对量子计算机不切实际的期望,比如盲目认为这种强大的计算设备可能即将出现在人们的日常生活里——而这种误导的乐观情绪,其实会对仍处于起步阶段的量子计算行业构成危害。

诚然,媒体的推动有助于构建一个繁荣的量子技术专家网络,但提供资金的投资人往往不会看到那么长远,他们最终目的就是寻求投资回报,假如投资人发现自己需要从“雏鹰”等到喷气式飞机,想必就不会有强烈的投资热情了。所以,这就是为什么说媒体过度宣传可能会进一步提高人们对量子计算机的期望,结果百害而无一利。研究人员担心,如果量子计算机无法尽快提供有用的东西,“量子冬天”可能会降临,从而导致研究进展缓慢、投资停滞、甚至走向幻灭。

我们智能手机里的处理器之所以会有强大的计算功能,其实是通过数十年的持续投资——通常是公共投资支持研发而成,量子处理器将同样需要创新经济学家所说的“耐心资本”提供帮助。(注:耐心资本(Patient Capital)是长期投资资本的另一种说法,泛指对风险有较高承受力且对资本回报有着较长期限展望的资金。)

在科技的发展历史中,常常会有人提出一些“高不可攀”的期望,他们这么做有时可能仅仅是为了逃避现实。对于量子计算机来说,现在只是一个漫长又不可预测的旅程的开始,研究人员必须要明白,虽然他们最终会达到目的地,但道路上肯定会面临各种挑战、成本也会不断增加。

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