谷歌再次展示了量子霸权——量子计算机已经更接近实际应用

谷歌再次展示了量子霸权——量子计算机已经更接近实际应用

以 Google 为首的一组科学家报告了量子计算领域的一项突破。他们再次展示了量子霸权——量子计算机能够执行经典计算机无法执行的计算——但这次他们关注的是计算的准确性。科学家们还表明，计算过程中存在相变，这为量子技术的进一步发展铺平了道路。

图片来源：谷歌，自然

早在 2019 年，谷歌就声称已经实现了量子霸权，在科学界引起了激烈的争论。当时，IBM 对这一结果提出了质疑，认为可以优化经典算法来解决类似问题。在发表在《自然》杂志上的一篇新论文中，科学家们描述了一项使用随机电路采样（RCS）的实验，在此期间，一个 67 量子比特系统执行了 32 个计算周期。重点不在于量子霸权，而在于这样一个事实，即即使存在噪声（量子处理器的主要限制和计算错误的主要原因），也有可能实现超出经典系统能力的计算进步。这证明量子计算正在接近实际应用阶段。

“量子霸权”一词在科学界引起了一些争议。一些研究人员更喜欢使用术语“量子效用”或“量子优势”。后一个术语不仅意味着量子器件的理论优越性，还意味着它们的实际用途。与量子优越性不同，量子优越性与任务的实际效用无关，而量子优越性涉及比经典计算机更快、更高效地完成任务。

量子处理器尽管具有潜力，但对外部噪声仍然非常敏感，例如温度波动、磁场甚至宇宙辐射。这些干扰会显著降低计算的准确性。在谷歌研究中，科学家们研究了噪声对量子器件运行的影响，并进行了一项实验，使研究两个关键的相变成为可能：取决于周期数的动态相变和影响误差率的量子相变。结果表明，即使在噪声条件下，NISQ 时代的量子系统也可以实现经典系统无法实现的计算复杂性。