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谷歌低調宣稱“量子霸權”遭打臉,人類離量子時代還有多遠

2019/11/29 13:05:19來源:獵云網作者:清酒責編:微塵評論:

IT之家11月29日消息1903年12月17日,在北卡羅來納州的基蒂霍克,奧維爾·萊特駕駛著他和兄弟威爾伯一起建造的飛行器飛行。12秒后,奧維爾經歷了一次顛簸的著陸,他的旅程結束了,而飛機時代就此開啟。

但對于當時的報紙讀者來說,他們可能都沒意識到發生了什么歷史性事件。一篇關于萊特兄弟的文章被廣泛轉載,標題謹慎地寫著“看來是一次成功”,并表示這個消息“令人興奮”,但文章并未將奧維爾的短暫飛行視為人類具有里程碑意義的時刻。甚至幾年后,另一個故事將萊特兄弟描述為“迄今為止最成功的飛行器的發明者”。

說到這兒,我不禁聯想到了谷歌在今年10月受到的近乎冷淡的對待,當時谷歌發表了一篇研究論文,稱其在加州Goleta的研究團隊使用了實驗性量子計算機,其處理器被稱為“Sycamore”,可以在200秒執行一個隨機數生成工作。據其稱,即使是如今最快的傳統超級計算機也需要1萬年才能完成上述工作。

谷歌的科學家們宣稱,他們已經取得了“量子霸權”,建立了一個量子系統,能夠完成傳統計算機根本無法完成的任務——除非你愿意為了一個結果等上一萬年。多年來,量子觀察家們一直在等待這樣一個時刻的到來,他們在談論這個時刻時,往往會提到萊特兄弟。

但是當谷歌在正式宣布它的成就時(該消息在一個月前泄露),它的量子計算競爭對手IBM已經宣稱量子霸權時刻還沒有到來。該公司表示,安裝在橡樹嶺國家實驗室的最先進的200-petaflop IBM超級計算機可以在兩天半內執行谷歌的基準任務。這遠不及Sycamore的速度快,但也足以成為一個合理的選擇。

對于大部分人來說,裁定谷歌和IBM的意見分歧,是一項不切實際的任務。但是,量子霸權的理念,以及它如何與過去技術進步的決定性時刻相對應,還是值得思考的。

這里需要考慮到一些技術細節。

從1956年的UNIVAC 1到你口袋里的智能手機,再到今天最強大的超級計算機,“傳統計算機”囊括了一切基于傳統的1和0的數字運算。相比之下,量子計算機利用完全不同的概念、物理和技術,其基本構件是一個量子比特或量子位——它可以表示1、0或同時表示兩者。這使它們有潛力以傳統計算機無法匹敵的速度執行艱巨的計算任務。

即使你認同IBM的立場,即它的超級計算機本可以在兩天半內完成谷歌的基準測試,而不是用一萬年的時間,但谷歌的Sycamore僅用200秒就完成了測試,這一事實應該會激發你對量子計算潛力的興趣。

但“量子霸權”這個詞本身就具有一種劃時代的終局性,仿佛它的實現將立即迎來傳統計算機的末日。谷歌在圣巴巴拉的實驗,即使從最有利的角度來判斷,也沒有做到這一點。正如IBM的反駁所指出的那樣,未來更有可能涉及到傳統計算機和量子計算機的協同工作。

“量子霸權”一詞最初由加州理工學院的教授John Preskill創造并解釋,Preskill教授在2012年發表的論文中表示,量子霸權不是一個拐點,而是一個新時代的鑰匙。

在谷歌、IBM和其他地方進行的量子計算機研究的全部目標,是制造出能夠處理傳統計算機根本處理不了的任務的計算機,這些任務具有改變世界的意義,例如對復雜的分子進行建模。

相比之下,谷歌的隨機數字練習相對平淡,除了那部分只需要200秒。該項目理論團隊的負責人Sergio Boixo稱其為“量子計算機的‘Hello World’程序”,相當于程序員用一種新語言進行超級簡單的編程練習,只是為了確認一切都在按照預期進行。“這是我們想做的第一件事,”他解釋道。

盡管谷歌為自己贏得了量子領域的最高獎項,但它也承認,在量子機器廣泛應用之前還有大量工作要做。

在量子計算機領域,有兩個終極問題正待解決,畢竟如果這兩個問題不解決,一切都是白搭。其一就是量子精度的問題,由于各種復雜的原因,量子計算機的錯誤率非常高,可能計算100次10+10這種簡單問題時,就有一次會出錯,但值得注意的是,一直用量子霸權做噱頭的谷歌,卻從未公開表示在這方面有所突破,因此,谷歌這臺量子計算機的運算正確率可能令人堪憂。

另一個問題就是量子擴展性的問題,量子計算機的量子位越高,整體運算精度反而卻會出現下降,就目前來看,尚不清楚谷歌的量子計算機是多少位,也不清楚谷歌是否真正攻克了這個阻礙人類進步的難題。

硬件團隊的一名成員Marissa Giustina用一塊白板畫出了一條時間線,顯示出目前距離容錯、糾錯的量子計算機成為主流現實還不到一半的時間。

歸根結底,我們不應該以谷歌的量子計算機是否淘汰了其他計算方法來評判它,就像我們不應該糾結于萊特是否扼殺了熱氣球一樣。

在谷歌于Goleta舉辦的活動上,Neven提出了另一個與人類征服天空有關的類比:蘇聯在1957年發射了第一顆人造衛星Sputnik 1。“我們聽到的一個批評是‘谷歌,你捏造了一個人為的基準問題——它還沒有做任何有用的事情,’”他說。“人造衛星當年也沒起多大作用。它環繞地球,發出嘟嘟聲。但這是太空時代的開始。”

雖然這就是事實,但在1957年,人們對此并不在意。美國報紙對人造衛星的發射給予了極大的關注,但傾向于將目光投向俄國人是否打算使用其新技術監視美國或向其投放炸彈。只有當美國認真對待人造衛星時,人們才弄清楚為什么人造衛星如此重要——但這已經是后話了。

現在,最有趣的歷史典故是UT的Aaronson在他自己的網站上發表的一篇博文。仔細思考谷歌的研究論文和IBM對此的反應,他得出結論,認為IBM可以在其最好的超級計算機上與谷歌的Sycamore計算結果相媲美,這可能是正確的。

但他仍然認為谷歌的成就具有歷史意義。當他提到1969年阿波羅11號登月時,并不是說谷歌完成了類似的事情,而是說量子霸權根本不是那樣的:從一開始就很明顯,量子霸權不會像登月那樣具有里程碑意義,這是一瞬間就可以實現的,然后每個人都可以隨時了解。這更像是消滅麻疹:它可以被實現,然后暫時無法實現,然后再次實現。顧名思義,量子霸權是指擊敗某種事物,即傳統計算,而后者至少可以在一段時間內進行反擊。

人類的進步很少是在一分鐘內實現的,對此,每個人都很清楚。因此,在評估谷歌的全部影響之前,等待時機才是上上之策——即使我們還沒有進入量子計算即將稱王稱霸的時代,也要評估它的價值。

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關鍵詞:谷歌量子霸權

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