谷歌再次实现“量子霸权”？
近日，谷歌宣布他们的量子计算机仅用了6秒就完成了47年来世界上最先进计算机的计算。
没错，47年被浓缩为一瞬间。谷歌研究团队的最新研究成果已发表在 arxiv 上。
该论文称，谷歌最新的 Sycamore 量子处理器目前拥有 70 个量子位，而 2019 年版本的量子位为 53 个。
量子位的加入意味着量子计算机的性能可以提高一倍，使新处理器的鲁棒性比以前大约提高2.41亿倍。
最新研究将标志着量子计算的里程碑时刻。
凭借其计算优势，谷歌的量子计算机有望彻底改变包括人工智能在内的各个领域。
以前所未有的速度解决复杂问题有望解锁下一代人工智能模型，突破许多领域从未被超越的界限。
47年凝聚成瞬间
每个量子比特可以同时以0、1或叠加的状态存在，因此在这个级别上进行存储和处理量子信息的力量并不容易，即使是最快的经典计算机也无法比拟。
谷歌团队在一篇论文中表示，量子计算机有望执行超出经典计算机能力的任务。
“我们根据修改后的经典方法估算计算成本，并证明我们的实验超出了现有经典超级计算机的能力。”
即使是田纳西州的Frontier超级计算机（这已经是世界上最快的超级计算机），也无法触及量子计算机的瓷器。
当然，前提是量子计算机能够释放自身的潜力。
因为传统计算机使用二进制代码语言运行，仅限于 0 和 1，以及双重状态。量子计算机超越了这个限制。
不过，研究人员仍不确定谷歌量子计算机的制造成本是多少。但计算的变革力量是毋庸置疑的。
据谷歌团队介绍，Frontier超级计算机只需要6.18秒就可以匹配Google-53量子比特计算机的计算结果。
然而，同样的 Frontier 需要 47.2 年才能与谷歌最新的 70 量子计算机所能提供的计算能力相匹配。
谷歌的新型量子计算机被该领域的许多专家认为是一项重大进步。
剑桥量子公司 Riverlane 的首席执行官史蒂夫·布里尔利 (Steve Brierley) 称谷歌的进展是一个“重大里程碑”。
“量子霸权？我们不必再争论这个问题了。”
同样，一位担任苏塞克斯量子技术中心主任的教授称赞谷歌解决了问题传统计算机很难计算。某些学术问题。
他强调，摆在我们面前的关键下一步是创造能够纠正自身固有操作错误的量子计算机。
虽然IBM尚未对谷歌最新的量子计算机发表评论，但显然谷歌在量子计算领域的进展吸引了全球研究人员和公司的关注。
毫无疑问，这将为计算技术的发展开辟新的前景和竞争。
在研究中，小组该团队提到，噪声会与相干演化竞争并破坏长程相关性，这使得充分利用近期量子处理器的计算能力成为一项巨大挑战。
研究人员进行了随机电路采样（RCS）实验，在实验中他们确定了由量子动力学和噪声之间的相互作用驱动的不同阶段。
在量子计算中，这涉及通过运行随机电路并分析结果输出来测试量子计算机的性能，以评估其解决复杂问题的能力和效率。
在电路深度的驱动下，系统首先经历动态相变，其中输出分布不再集中在位串的一部分。第二个是由噪声驱动的转变。
使用交叉熵基准，研究人员观察了相边界，它定义了噪声量子演化的计算复杂性。
在模拟的估计计算成本中，53 个量子位完成 100 万个噪声样本，比传统计算机快 6.18 秒。 70 个量子比特则快了 47.2 年。
最后，Google 团队演示了一个 24 周期 70 量子位 RCS 实验，估计保真度为 1.7 -107%，这意味着在相同保真度下电路体积增加了约 60%。
谷歌根据改进的经典方法估算了计算成本，并证明新型量子计算机具有超越现有经典超级计算机的能力。
70-qubit Sycamore 实现了量子优势
谷歌团队表示，尽管 RCS 迄今为止取得了成功，但为近期的噪声量子处理器寻找实际应用仍然是一个严峻的挑战。他们进行的实验研究了量子动力学如何与噪声相互作用。
观察到的相边界为七个系统提供了定量指导，在这些系统中，噪声量子设备可以正确利用其计算能力。
XEB在弱噪声阶段全局相关性占主导地位，可以保护RCS免受欺骗攻击，这些都是未来应用的设计方向。
“量子霸权”是乌龙吗？
事实上，早在2019年，谷歌就宣称已经实现了量子霸权。
研究人员的论文发表在NASA网站上，一经发布就引起了轰动。
论文称，谷歌的处理器可以在3分20秒内完成一次计算，而当今最强大的超级计算机Summit需要大约1万年才能完成同样的计算。
随后，Google 的论文正式发表在 Nature 上。
通讯作者 John Martinis 及其同事描述了实现量子霸权的技术进步。
他们开发了一种由 54 个量子位组成的处理器（称为 Sycamore 处理器）。
与传统比特相比，该处理器使用量子叠加和量子纠缠来实现计算空间的指数级增长。
由于 1 个量子位无法有效工作，处理器实际上只使用了 53 个量子位。
研究团队开发的纠错流程可以保证高计算保真度（高达99.99%）。
为了测试系统，团队设计了一项任务来对量子电路生成的随机数进行采样。
�对于经典计算机来说，这项任务的难度随着量子电路中量子位数量的增加而增加。
最终，量子处理器在大约 200 秒内从量子电路中获取了 100 万个样本，这是当今最强大的超级计算机需要大约 10,000 年才能完成的任务。
《自然》杂志表示，“谷歌实现量子霸权无疑是一项了不起的成就。”
不过，对于谷歌“量子霸权”事件的批评和质疑也随之而来。
IBM 团队写道：“在经典系统上，同一任务的理想模拟可以在 2.5 天内完成，并且保真度要高得多。”
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这意味着谷歌尚未真正证明量子霸权，但竞赛仍在继续。
微软和IBM也在押注
除了谷歌之外，IBM和微软也在押注量子计算机的未来。
在微软看来，未来十年最大的创新可能是在聚变能源、人工智能和量子计算领域。
6 月，首席执行官纳德拉宣布了微软在 10 年内打造量子计算机的雄心勃勃的目标。
将化学和材料科学未来 250 年的进步压缩到未来 25 年。
Azure Quantum Elements 可以通过集成高性能计算 (HPC)、人工智能和量子计算方面的最新突破来加速科学发现。
值得一提的是，Azure Quantum 中的 Copilot 可以帮助科学家使用自然语言来推理复杂的化学和材料科学问题。
前段时间，IBM量子计算机登上了《自然》杂志的封面。
IBM 和加州大学伯克利分校的《自然》论文展示了一条通往有用量子计算的道路。
该研究首次证明，具有 100 多个量子位的量子处理器可以产生准确的结果，并超越领先的经典方法。
最重要的是，它在没有纠错的情况下优于经典计算机。
论文中，研究人员在 IBM 127 Qubit Eagle（鹰）量子处理器上模拟了磁性材料的行为。
至关重要的是，他们设法绕过“量子噪声”并获得可靠的结果。请注意，引入计算错误的量子噪声是这项技术的主要障碍。
有研究统计，2015年以来，量子计算的投资趋势不断上升。
量子计算有潜力彻底改变行业，解决复杂问题的速度比传统计算快得多。
量子计算机的突破可能会彻底改变许多领域，从药物发现到气候建模、金融建模，甚至人工智能，潜力是巨大的。
具体来说，对不同领域的影响：
-密码学：增强加密和解密算法。
-药物发现：加速新药的开发。
-优化问题：解决方案� 复杂的优化挑战。
-机器学习：改进模式识别和数据分析。
-财务建模：增强财务风险分析和预测。
-材料科学：设计具有特定性能的新材料。
-天气预报：提高天气预报的准确性。
-量子化学：模拟和研究化学反应。
-人工智能：增强人工智能算法和训练模型。
这一次，谷歌的新型量子计算机标志着速度和潜力方面的突破性进步，开创了一个对多个行业具有变革性影响的计算新时代。
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