谷歌宣布在量子计算机纠错技术取得重要突破,研究人员称仍持“谨慎”态度

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终于突破天际:把时间作为第三个维度,开发出量子计算机纠错码

悉尼大学科学家实现了一位量子业内人士所说的“许多研究人员认为是不可能的事情”(突破天际)。悉尼大学物理学院本杰明·布朗博士已经为量子计算机开发了一种纠错码,还提供了一种方法,可以让谷歌和IBM等公司设计出更好的量子微芯片。通过将已知的三维操作代码应用于二维框架来做到这一点。本杰明·布朗博士表示:诀窍是把时间作为第三个维度,我使用两个物理维度,加上时间作为第三个维度。

这打开了以前没有的可能性,其研究成果发表在《科学进展》期刊上。这有点像编织,每一排就像一条一维的线,一排又一排地编织毛线,随着时间的推移,这就产生了一个二维的材料板。在科学家建造足够大的机器来解决难题之前,减少量子计算中的错误是面临的最大挑战之一。悉尼大学纳米研究所研究员布朗博士说:因为量子信息非常脆弱,它会产生很多错误。

完全消除这些错误是不可能的,因此目标是开发一种“容错”体系结构,其中有用的处理操作远远重于纠错操作。手机或笔记本电脑将在很多年里执行数十亿次操作,直到一个错误触发空白屏幕或其他一些故障。目前的量子操作很幸运,每20次操作中只有不到1次错误-这意味着每小时有数百万次错误。目前实验量子计算机中的大部分构件(量子比特或量子比特)都被纠错的“开销”所占据。

新研究抑制错误的方法是使用一种代码,这种代码在二维的架构表面上运行,这样做的效果是把很多硬件从纠错中解放出来,让它继续处理有用的东西。加州帕洛阿尔托PsiQuantum的量子架构部主任内奥米·尼克森(Naomi Nickerson)博士说:这一结果为执行容错门建立了一种新的选择,它有可能极大地减少“开销”,并拉近实用的量子计算的距离。

像PsiQuantum这样的初创企业,以及谷歌、IBM和微软等大型 科技 公司,都在带头开发大规模量子技术,而且迫切需要找到能够让他们量子机器扩大规模的纠错码。微软量子公司高级研究员迈克尔·贝弗兰(Michael Beverland)博士说:这项新研究 探索 了一种令人兴奋的奇特方法来执行容错量子计算,为有可能在不需要蒸馏的情况下实现二维通用量子计算指明了方向,而许多研究人员认为这是不可能的。

目前存在的二维需要贝弗兰博士所说的蒸馏,更准确地说是“魔态蒸馏”,这就是量子处理器对多个计算进行排序并提取有用计算的地方,这就消耗了大量的计算硬件,仅仅是为了抑制错误。研究已经应用了三维的力量,并将其改造成二维框架。在这项研究中,开发了一种解码器,可以识别和纠正比以往任何时候都多的错误,实现了纠错的世界纪录。识别更常见的错误,是释放更多处理能力进行有用计算的另一种方式。

悉尼大学量子信息理论研究小组的负责人、研究的合著者斯蒂芬·巴特利特(Stephen Bartlett)教授说:我们在悉尼大学的团队,非常专注于发现如何放大量子效应,以便它们能够为大规模设备提供动力。布朗博士的研究展示了如何在量子芯片上做到这一点,这种类型的进展将,使我们能够从少量量子比特发展到非常大量的量子比特,并建造超强大的量子计算机,从而解决未来的大问题。

谷歌宣称实现量子霸权,IBM有不同意见

谷歌在当地时间周三突然宣称其实现了量子计算领域的重要里程碑——“量子霸权”。谷歌表示,已经设计出一个机器,只需200秒就能解决世界上最快的超级计算机要花一万年才能解决的问题。

谷歌故意让传统计算机“变笨”?

谷歌在一条公开发布的博客中公布了这一震撼计算机界的消息,同时还附上了在《自然》杂志上发表的科学论文。

上个月,谷歌的一篇论文被泄露,该论文声称谷歌已经能够利用一台 53 量子比特的量子计算机实现传统架构计算机无法完成的任务——在世界第一超算Summit需要计算 1 万年的实验中,谷歌的量子计算机只用了 3 分 20 秒。

谷歌10月23日发表的博客,让这一消息实锤,并成为世界上首个宣称实现“量子霸权”的公司。实现了“量子霸权”意味着量子计算机距离实用又迈进了一大步。

所谓“量子霸权”,是指当量子计算机发展到50个比特时,计算能力将全面超越世界上最快的传统计算机,实现“称霸”。谷歌和IBM都已分别在2017年11月和2018年3月宣称实现了50个和72个量子位的原型机。

但有趣的是,竞争对手IBM第一时间对谷歌的这一“宣称”做出回应,并让谷歌的这一研究结果大打折扣。IBM在一篇博客中表示,谷歌高估了计算项目的难度。IBM称谷歌所宣称的经典计算机需要一万年执行的任务,其实只要2.5天就能完成。

IBM还呼吁业界都引起质疑。“我们敦促业界用质疑的态度来对待这一 历史 上的首次‘宣称’,即量子计算机能够实现经典计算机不能实现的任务。”IBM表示。

为了质疑谷歌,IBM还提出“量子优势”的概念,认为应该在一个真实应用场景,比如金融服务、AI、化学中,来对比量子计算机和经典计算机的工作。

意义堪比第一架飞机试飞

谷歌CEO桑德尔-皮查伊很快予以还击,并把首次实现“量子霸权”的意义与莱特兄弟的首次试飞相提并论。皮查伊表示:“人类的首架飞机飞行时间只有12秒,因此也不可能有实际的应用。但这证明了飞机飞行的可能性。”

如果像IBM所说的,经典计算机需要2.5天解决的问题,量子计算机用了200秒解决,这与谷歌宣称的一万年与200秒的对比,效果上打了不少折扣,也就是说量子计算机的优势并不那么明显。

但由于“量子霸权”并没有对量子计算机比经典计算机快多少做出定义,理论上只要量子计算机被证明快于经典计算机,都能被视为实现“量子霸权”。

对此,麻省理工学院教授Peter Shor认为,量子计算机和经典计算机的速度是很难做比较的。“这就好像无法回答‘火车要比船快多少的问题’。”Shor教授在近期上海举行的一场墨子沙龙上表示,“这不仅仅取决于运输方式,还取决于目的地在哪里。”

Shor指出,公众的一个误区是往往局限于计算机的速度多快,而忽视了它的记忆和储存。他解释道:“量子计算机上的每一步几乎肯定要比传统计算机要复杂,但是量子计算机可以利用量子力学特性的算法,大大减少所需要的部署,从而加快计算的速度,这个是传统计算机所不具备的。”

量子计算机与经典计算机的显著差异在于,传统的计算机存储数据的方式是0或者1,这就好比一个开关,只有“开”和“关”两种状态;而量子计算机存储数据方式是依赖量子比特,可以是介于0和1之间的任何状态,这令其速度更快。

十年内可能无法改变世界

目前谷歌、IBM和英特尔等美国公司都在致力于量子计算机的研发。英特尔量子硬件部门总监Jim Clarke表示:“量子可能是未来100年做重要的计算机技术,就好像宇宙空间科学一样,它的研究可能要通过一代人的努力才能进步一点点。”

正如皮查伊所说的,最初的量子计算机可能还无法马上投入实际使用。甚至在未来十年内,人们都无法看到量子计算机给世界带来实际的改变。但谷歌预测,量子计算机的潜在应用包括飞机和 汽车 轻量化电池的设计以及药物设计等。

谷歌也承认,量子计算机要实现必要的计算能力,还需要工程界和科学界很多年的努力。“但是我们看到了这条路是清晰的,并且会一致朝前走。”谷歌表示。

谷歌还表示,他们将尽快开发一款能够“容忍噪音和错误”的量子计算机。这种量子计算机原则上能够处理任何问题。理论上讲,它们需要更强大的处理器,能够包容更多的量子比特,而且为了达到纠错功能,还需要机器冗余。不过业内预计,要实现这样的技术至少还要等上10年左右。

对于量子计算机的商业化前景,谷歌表示:“对于量子计算的保守估计,投资者预计只能在长期获得回报。尽管如此,我们依然认为,随着小型的量子计算机会在5年内逐渐兴起,短期的回报仍然是有可能的,虽然这些设备无法实现完全的纠错功能。”

但漫长的商业化路径无法阻挡全球科研人员在量子技术领域展现他们最新的研究成果。比如中国发射的全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”,它为 探索 未来空间尺度量子通信应用的可能性做出巨大贡献。

量子计算:一个即将破灭的泡沫?

此刻,美国伊利诺伊州谷歌宣布在量子计算机纠错技术取得重要突破研究人员称仍持“谨慎”态度的一个大型十字路口,车辆穿插不息,来往谷歌宣布在量子计算机纠错技术取得重要突破研究人员称仍持“谨慎”态度的人很少会意识到,他们经过的地方正是时下蓬勃发展的美国量子信息技术研究处,同样在中国合肥高新区的云飞路上,来往的 科技 开发人员和过客,也难以意识到,量子信息技术正在这条小道附近发芽。

在美国州际公路下方,处于纠缠态的光子(以光速运动的粒子)正构成美国最长的陆基量子网络之一的光纤电缆,往返传输到隔壁镇的美国阿贡国家实验室。

而此刻,研究人员想通过这83公里长的量子测试基站(和其他类似站点)来证明,谷歌宣布在量子计算机纠错技术取得重要突破,研究人员称仍持“谨慎”态度你可以在一个地方编码量子态中的信息(例如在光子中),然后将其发送到其他地方,并在另一端完整地获取此信息。

当然,此举困难重重,科学家需要克服冻土、太阳辐射、车辆通行产生的振动等困难。可喜的是,一旦研究人员成功证实上述观点,他们带来的全新通信方式,将使5G这样全民皆知的技术成为过去式。

同时,其他实验室的研究人员,正在尝试将算法引入量子比特中,并在完成计算时将其正确转换。此举一旦真正的成功,那么他们将拥有一台新型的计算机——量子计算机。

多年以来,物理学家们清楚知道,量子力学原理可以彻底改变计算方式和互联网,量子比特的成熟操控可以将算法的运行时间极大减少。由于任何干扰都会破坏信息,所以稳定的光子可以在世界范围内快速传输信息,同时传输过程不会受到入侵。

谷歌宣布在量子计算机纠错技术取得重要突破,研究人员称仍持“谨慎”态度我们其他人来说,量子革命似乎已经从无聊的科学理论变成了最尖锐的前沿。但殊不知,我们甚至有可能正在经历某种量子泡沫——它也许随时会破灭。

在2017年之前,大多数量子测试都只是通过闲置的光纤电缆来执行,没有人能够让量子比特,像经典计算机那样,可靠地处理信息。

而现在,全球有几十台量子计算机正在线运行,其中几台是软件开发者可以通过熟悉的服务器进行访问的,比如亚马逊网络服务账户。

在过去的两年中,美国已投入超过10亿美元(约合人民币66亿)的政府资金用于量子信息研究,量子计算初创公司也已经完成了多轮风险投资,而IBM宣布正在建造一台量子比特超过100万的计算机,而目前最多只有60个量子比特。中国政府也在今年10月份,宣布国家层面的量子信息技术政策计划。

尽管发展迅速,许多在量子信息科学这个新兴领域工作的人表示,量子比特的信息处理技术尚不足以替代经典计算机和互联网,因为它不够可靠,加上人们对它的认识也还不够。

开玩笑地说,大部分人认为,与其购买带量子比特的手机,还不如买苹果仿生芯片手机。

像量子比特和其他基本粒子的应用,在多数人的概念里,永远被归类为属于科研领域,与自身很难建立关系。但其中隐秘,未来走向,我们的客观经验何曾稳定可靠过。

由量子比特组成的计算机实际上是电路的集合,就像经典计算机由比特构成一样,输入值通过电路中的一系列逻辑门进行处理,每个逻辑门都会修改该值以产生输出。

如果你试图解决一个复杂的算法,例如,软件应用程序的测试。在一台经典计算机上运行,你需要将多个0和1位串在一起。但是,如果你使用量子比特运行算法,则仅需一个叠加态的量子比特,来代替所有的经典比特。

在改进量子计算和通信中,最难解决的问题是量子态的脆弱性。我们只能在测试中保护移动的量子粒子不受天气和道路振动的影响,而替代现有互联网所需的数千公里则另当别论。同样,即使在受控的实验室环境中,也没有人能弄明白如何使量子比特可靠运作。

正如IBM今年早些时候用27量子比特的Falcon处理器所展示的那样,它们在特定类型的计算中表现良好,且主要目的是用于测试。例如,研究人员可以用已知的解决方案向他们提出问题,然后验证其答案。但到目前为止,量子比特太过脆弱以至于无法在更大的群体中可靠运行,这就将它们永远地限制在了测试阶段。

IBM量子计算实验小组表示,理论上讲,随着量子比特数量的增加,我们就能够 探索 更加多样化的量子电路。但现实是,“量子比特损耗”问题意味着现存的量子计算机中,每一台的其中一部分,都专用于解决计算中的错误,而不是自己执行计算。

为了解决这个问题,释放量子计算的全部潜能,一些科研人员正在研究增加纠错码,而这些纠错码已在一些经典计算机中实现。

其他人正在 探索 将量子物理学应用于计算中的其他途径,这些途径不涉及门和电路。一种可能是诱使量子粒子忽略干扰性的背景噪声(例如振动、温度变化和杂散电磁场),芝加哥大学的一个团队在八月份宣布,他们成功地实施了这种诱导。

量子退火是另一项有潜力的技术,利用量子态的波动来进行计算,D-Wave的一些商用量子计算机便使用这种方法。但是它们也遭受错误的困扰,目前为止只能有效解决特定类型的算法,例如寻找一组点之间的最短路径。

去年,大众 汽车 在葡萄牙里斯本的一次试验中使用了D-Wave的方法来帮助公交车避免交通堵塞。这次实验是成功的,尽管它仅限于将与会者从机场带到会议中心。

此前,最臭名昭著的量子比特损耗出现在2019年10月,绰号“sycamore”的实验中。当时谷歌的研究人员宣布他们已在200秒内完成了对53个量子比特量子计算机的基准测试,这项测试需要一台经典超级计算机花费几天到10000年时间不等。

因此谷歌宣称已经取得了量子优势,量子计算机可以在不犯任何错误的前提下,比经典计算机更快地运行算法。这是量子信息科学领域的里程碑,谷歌首席执行官称之为量子计算的“你好世界(hello world)”时刻。

然而,不久之后,研究人员就对这项实验发出了质疑,引起了业界争论。

麻省理工学院的物理学家Wiliam Oliver表示,量子优势不在于它是否存在,而在于它何时崩溃。大多数人都认为谷歌做到了,但是如果他们增加了几个量子比特,就不可能做到这一点。他还认为量子计算的好处不仅仅是超越经典计算机,真正的里程碑应该是量子计算能够在任意时间无误地运行任意算法。

如果存在量子泡沫,则不仅是由于sycamore式学术研究的涌现,也是私营公司同时推动开发现实世界的量子应用(如避免交通拥堵),从而加剧了泡沫地膨胀。

至少从20世纪80年代,当阿贡物理学家Paul Benioff描述了计算机的第一个量子力学模型时,我们就知道量子力学在计算上的优势了。但是,这项技术好像对于小型初创公司和大型企业集团,有着恰到好处的吸引力。

同时为苹果和IBM工作的软件系统分析师William Hurley,在2018年创立了Strangeworks公司,是为研究量子算法的开发人员提供的社区中心。他个人认为,现在是量子时代最令人兴奋的时刻。

他还表示,已有1万多名开发人员签约提交了他们的算法,并与其他人进行合作。其中,初创公司Rigetti为了测试他们的量子算法,为亚马逊网络服务的用户,提供访问他们其中一台电脑的权限。这项名为Amazon Braket的服务于8月首次亮相,其客户包括大众和美国富达投资集团。

量子信息技术是如此吸引人,以至于大型企业正在瓜分整个研究部门,将其作为保持竞争力的一种方式。摩根大通的研究人员为其业务的各个部门都开发了量子算法,从加密到期权交易的安保。

摩根大通官方表示,其目前完全处于研究模式,希望在量子优势到来时做好准备。公司对于量子计算改善期权交易持乐观态度,而在这个金融领域,速度和准确性至关重要。

所有这些活动都得到了美国和海外纳税人的资金支持和激励,美国国家量子计划成立于2018年,其范围广泛(它呼吁制定一个“十年计划”,以加速量子信息科学和技术应用的发展)且慷慨大方(迄今为止已批准10亿美元)。

军方也提供了许多支持,例如美国国防部高级研究计划局(DARPA)今年迄今已经拨款近2000万美元(约合人民币1.3亿),用于推动量子计算机的发展。

Rigetti声称拥有美国唯一一家专门生产量子集成电路的工厂,它吸引了政府资金和风险投资。今年3月,该公司从DARPA获得900万美元资金(约合人民币6000万),随后完成了7900万美元的C轮融资(约合人民币5.2亿)。并在8月份宣布了其在英国建造第二台量子计算机的计划,该计划也获得了英国政府1000万英镑(约合人民币8620万)的资助。

然而,量子的不确定性代表着一场赌博,它还没有准备好解决现实世界中的问题。

事实上,如果量子比特损耗是量子物理学家的克星,那么访问挑战就是企业研究人员的祸根。每当量子计算机完成其算法的运行时,它都需要休息,否则量子纠缠将完全崩溃。量子比特的叠加态将会消失,叠加态之间相干性在经典世界中的消失过程称为量子退相干,这进一步证明了量子计算机的脆弱性。

今年9月,麻省理工学院的物理学家Wiliam Oliver和其他科学家共同宣布,他们认为普通物体如混凝土墙壁产生的无害辐射,加速了这种退相干。而将量子计算机转移到无辐射掩体中是不切实际的,并且对其他潜在补救措施(例如背景噪音欺骗)的研究才刚刚开始。

因此,在可预见的未来,量子计算机将不得不频繁地重置。如果你想像Rigetti和亚马逊那样提供量子计算的云服务,那就意味着你的客户需要等待很长时间。

事实是,需要一种将算法从经典计算机传递到量子计算机的方法,这加剧了访问挑战。最初,Rigetti允许客户在常规互联网上提交一个线路,然后再得到结果。但是,真正需要的是一个紧密的循环,这个循环发生在用来提交结果的经典计算机与再次运行的电路之间,而将公共互联网置于其中是一种巨大的威慑力。

Rigetti官方表示,得益于最近的改进,亚马逊客户将能够避免部分滞后时间,这使Rigetti能够同时评估数千条电路,并将结果以毫秒为单位返回到客户的经典计算机上。

但他们承认,除非完全过渡到量子系统,否则完全避免滞后时间的唯一方法,就是将量子和经典系统集成在一起,而完成这项成就还需要几十年的时间。

反观过往三年量子技术的飞速发展,下一次技术大飞跃是漫长的。但是进步是相对的。从20世纪第一个由真空管供电的电子电路,到邮票大小的A12仿生芯片为iPhone供电的半导体制造技术,已经过去了一个多世纪。因此,不要对未来的事态过早下定义。

David Aschwalom,芝加哥大学的物理学家、阿贡量子测试回路项目的负责人,也是前面提到的背景噪音欺骗技术的主要作者。他指出,量子信息研究的当前状态相当于1950年代只有几十个晶体管的经典计算机(现代笔记本电脑有数十亿个晶体管)。

但他指出,具有几十个量子比特的等效量子机器在“以高度非线性“的规模扩展,等到有人发明出一台大约有200个量子比特的量子计算机时,我们就能运行,比宇宙中的原子还要多的状态的算法。

IBM在9月份发布了一个路线图,该路线图显示它将如何在2023年之前,从今年的27个量子比特计算机,升级到名为Condor的1121个量子比特处理器。最终,IBM希望构建由100万个量子比特构成的完全容错的计算机。而这对于IBM自己的工程师来说,也是一个艰巨的项目。

除了要使这么多量子比特很好地协同工作,并保持一致性之外,Condor还需要在支持系统和物理架构方面进行改进。具有低温超导量子比特的量子计算机将会是一台庞然大物,带有众多稀释桥和低温冷却室,且还要有软管将所有零件连接在一起。

所有计算机都会产生热量,但量子计算机是名副其实的熔炉——首先,它们极易受到辐射和温度波动的影响。IBM指出,当今的商用冰箱无法有效地冷却和隔离一台百万量子比特的计算机。因此,新型冰箱也得出现在量子路线图上,可能是一个近3米高、2米宽的超级冰箱。

这项研究是非常真实的,但对我们大多数人来说是难以想象的。10000个在Strangeworks平台上分享算法的软件开发者们,为了验证他们的算法,需要找到量子计算机的空闲时间,运行之后进行准确性验证。要么他们也可以选择重写这些算法,并让它们在经典计算机上运行。

即使量子计算机成功地比经典计算机更快地完成了这些任务,但从长远来看,量子计算机的这种优势地位并不重要。至于量子互联网,测试平台的废弃光纤电缆提醒我们,挑战仍然存在。

说好听点,量子领域目前的状态成熟到可以接受挫折。说难听点,这是一个可能让纳税人和风险资本家都失望的泡沫。

但从消费者的角度来看,量子技术与3D电视或虚拟现实设备不同。它不需要你买一台新电视,或者把你家的整个房间都用来玩电子 游戏 。即使最终证明不可能使用量子处理器来制造手机,或者用光子可靠地将信息进行传输,公众仍然可以感受到量子对日常生活的贡献。

Rigetti相信,普通消费者可能会以两种方式其中的一种,来看待他们生活中的量子计算。

第一种是寻找一组点之间的最短路径问题。无论是将网约车司机派送到需求量大的社区,还是在堵塞的道路上驾驶公交车,提高尽快到达多个地点之间的能力,对现代生活来说都是一个巨大的福音。第二种是对消费品的改进(尤其是药品),量子计算机擅长建立用于药物开发的分子模型。

这两种情况以及其他类似情况都表明,未来,量子物理学不会取代我们今天所拥有的信息技术基础设施。事实上,量子的未来就是数据中心的未来,而不是50年后手机或笔记本电脑的样子。

换句话说,也许根本不存在即将破灭的量子泡沫。今天,大家都能理解超级计算机的重要性,尽管要准确描述其作用并不容易。无论我们是否达到了量子优势,或是否发明了坚不可摧的光子,量子技术对于这类机器存在改进作用是毋庸置疑的。

过去,到另一个城市可能需要好几个月的时间,火车的发明将时间急剧缩短。现在,可以将火车比喻为经典计算机,不管火车能走多远,你终究会碰到海洋,所以你需要乘坐飞机。

这就是量子计算:一项革命性的技术,可以让我们跨越隐喻的海洋。即使到了成熟阶段,它仍可能依赖经典计算机来执行日常任务,就像我们乘坐飞机去国外度假,但在去本地超市和商场的路上,依然会选择驾驶车辆。

如果最近投入量子计算研究的资金,让你心痒难耐地想买一部量子驱动力的iPhone,那么你可能生活在一个泡沫之中。过去几年的量子突破表明,在不太遥远的未来,虽然变化不会很明显,但更具革命性。新的疫苗可能在几天内诞生,而不是几年谷歌宣布在量子计算机纠错技术取得重要突破,研究人员称仍持“谨慎”态度;股票交易可能发生在一瞬间……这使得今天花费几十亿美元来加速光子并建造巨型冰箱,都是值得的。

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谷歌实现“量子霸权”,这意味着什么?

近日谷歌宣称自己实现了量子霸权,他们利用世界上第一超算进行实验,而使用量子技术只需要使用3分10秒。这一声明的发表显然轰动了全世界。量子技术一直是计算机里面一个非常重要的技术,而谷歌对于这一技术的突破可以算是里程碑的事件,谷歌实现量子霸权,那么对于其他方面有什么影响呢?

在本人看来,首先是对于软件行业的冲击力,因为量子霸权要实现将会让计算机更加先进,这就包括了从软件代码的编写,校对到测试都可以全部自主完成,那么就不需要进行人工核对,也就是说一个简单的语言系统就可以帮助解决掉世界上所有的计算机基本难题,想一下未来将要有很多人失业还是非常可怕的。

第二种就是对于机械制造业来说,未来的设备可能就会实现全自动化操作,在进行生产的时候,只需要人们进行按一下提供指令的需求,那么就会帮助你进行最完美的设计,然后进行图纸的打印。可以说是完全由计算机设备来进行生产和完成,也就不需要人类进行操作了。

当然这些都是以上的构想。参考几十年前的机器人出现的恐慌,所以即使谷歌,但是未来还有很多路要走,短时间真的是不会完全由计算机取代人工的。目前来说人类仍然是统治其他物种的,所以还需要大家共同的努力。换句话来说,材料学和生命科学这一点只有人类才能够完成,即使计算机再怎么厉害也是无法进行操作的。

谷歌量子计算突破登Science封面对谷歌有何影响?

近日,有国外媒体报道称,谷歌AI量子技术研究团队在量子计算机上完成了有史以来规模最大的化学模拟数据分析。据了解,这是量子计算机第一次参与到化学模拟反应中,该研究成果引起了计算机领域、化学领域和量子技术领域的轰动,并于本月28日登上了《Science》杂志封面。

对于传统计算机来说,模拟复杂多变、计算量呈指数级增长的化学反应是一项极其艰巨的任务。而信息处置能力和运算速度都远超传统机器的量子计算机,虽然是理论上进行计算量庞大且复杂的化学反应的最优选择,但是在模拟精度方面,科学界普遍持怀疑态度。

面对科学界的质疑,谷歌AI量子技术团队圆满完成了化学模拟反应的研究实验,向科学界界展示了量子计算机优异的计算能力。论文在《Science》发表后,谷歌AI量子技术团队的研究成功也被全球各大媒体进行广泛报道。

《Science》刊登的研究论文中详细介绍了具体的研究方法。谷歌AI量子技术团队使用了搭载Sycamor处理器的量子计算机,运用了Hartree-Fock模型运算方程进行了分子电子能量计算。该过程中谷歌研究团队通过应用噪声鲁棒的变分量子本征求解(VQE,variational quantum eigensolver)计算方法来模拟化学反应机制,对研究成果进行了完善纠错处理。基本研究方向是两个重氮原子和两个重氢原子发生重组反应时,氢原子围绕氮原子不停运动从而形成了各式各样的结构。实验结果检测,运用量子计算机进行化学模拟产生的数据与过去在传统计算机上进行模拟的数据基本吻合。

谷歌AI量子研究团队对化学反应的成功模拟,将改变理论化学体系,同时也推动了化学相关产业的发展。研究团队向媒体表示,本次研究为化学模拟计算描绘了量子技术的蓝图,其中运用的物理虚拟模型也向科学界证明了物理模拟具有难以代替的优势。在未来,量子计算机将承担更艰巨的科学运算任务。

内容来源:

如何评价“谷歌开发通用量子计算机取得重要突破”

来自加州圣芭芭拉谷歌研究实验室的计算机科学家,以及加州大学圣芭芭拉分校和西班牙巴斯克大学的物理学家近期在《自然》杂志上介绍了他们的最新设备。

南加州大学量子计算专家丹尼尔·利达尔(Daniel Lidar)表示:“从许多方面来看,这都是出色的成果,吸取了量子计算行业许多有价值的经验。”

谷歌的原型产品结合了两种量子计算技术。其中一种技术使用针对特定问题、有着特殊排列的量子位去设计计算机数字电路。这类似于传统微处理器中的订制数字电路。

量子计算理论的很大一部分基于这种技术。这其中也包括避免计算结果偏离的误差修正方法。不过到目前为止,基于这种技术的量子计算机只限于几个量子位。

另一种技术称作“绝热量子计算(AQC)”。计算机将特定问题编码为一组量子位,并逐步调整这些量子位之间的互动,以“塑造”共同的量子态,得出。从理论上来说,任何问题都可以被编码为一组量子位。

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