6 秒內(nèi)完成47年運(yùn)算， Google量子計(jì)算機(jī)輕松碾壓世界第一超算

Callejon

爾定律已逼近極限，量子計(jì)算將帶領(lǐng)人類進(jìn)入一個(gè)全新的領(lǐng)域。

近日， Google 在 arxiv 上發(fā)表了一篇關(guān)于量子計(jì)算機(jī)的論文，并宣稱他們的量子計(jì)算機(jī)在短短 6 秒內(nèi)就完成了世界上最先進(jìn)計(jì)算機(jī) 47 年的計(jì)算量。

研究論文顯示， Google 最新 Sycamore 量子處理器從 2019 年 的 53 個(gè)量子比特飛躍到了現(xiàn)如今的 70 個(gè)量子比特。

需要說明的是，作為量子計(jì)算機(jī)的基本信息單元，量子比特?cái)?shù)（英語：quantum bit）是評(píng)估量子計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力的一個(gè)重要參數(shù)。量子比特?cái)?shù)越大，計(jì)算機(jī)中的組件就越多，能夠以指數(shù)方式執(zhí)行的計(jì)算就越多。

因此，新處理器量子比特?cái)?shù)量的增加意味著其性能得到了成倍的提高，與此同時(shí)，論文也顯示，新處理器的穩(wěn)健性也大約是以前的 2.41 億倍。

事實(shí)上，無論是「口頭」，還是「實(shí)際」，Google 從未放棄對(duì)量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)。

早在 2019 年 9 月 20 日， Google 在 NASA 上發(fā)表了一篇關(guān)于量子計(jì)算機(jī)的論文，聲稱其研發(fā)的量子計(jì)算機(jī)在全球首次實(shí)現(xiàn)了「量子霸權(quán)」（即代表量子計(jì)算機(jī)能比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)更好地解決一個(gè)特定計(jì)算問題），成功在 200 秒內(nèi)完成了彼時(shí)最為強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī) Summit 需要 1 萬年才能完成的計(jì)算。

當(dāng)時(shí)他們用到的正是由 54 個(gè)量子比特組成的 Sycamore 量子處理器，只不過有 1 個(gè)量子比特出現(xiàn)故障，處理器實(shí)際上只用了 53 個(gè)量子比特。

消息一出，引發(fā)了全球各界人士的關(guān)注，也因此引起了不少業(yè)內(nèi)人士的質(zhì)疑。IBM 科學(xué)家通過改進(jìn)算法發(fā)現(xiàn)，同樣任務(wù)的理想模擬可以在 2.5 天內(nèi)完成，而且保真度要高得多。盡管在外行看來，可能這個(gè)結(jié)果并不理想，但對(duì)于量子領(lǐng)域的科學(xué)家而言依然意義重大，因?yàn)槠涞谝淮沃庇^地展示了「量子霸權(quán)」的威力。

▲ 圖片來自：WSJ

時(shí)隔五年后，以超級(jí)計(jì)算機(jī)為代表的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)也獲得了井噴式發(fā)展。

在 2023 年 6 月發(fā)布的最新的超級(jí)計(jì)算機(jī)排名榜單中，第一名是由美國 AMD 和 HPE Cray 聯(lián)合制造的 Frontier 超級(jí)計(jì)算機(jī)，理論最大吞吐量達(dá)到 2 exaflops，即每秒兩次 quintillion 計(jì)算， 這意味著其計(jì)算能力達(dá)到了 Summit 超級(jí)計(jì)算機(jī)的十倍。

但在量子計(jì)算機(jī)的降維打擊下，「再粗的蚊子腿也拗不過大象」，二者之間的差距也變得愈加懸殊。

Google 研究團(tuán)隊(duì)稱，F(xiàn)rontier 超級(jí)計(jì)算機(jī)需要 6.18 秒即可匹配 Google -53 量子比特計(jì)算機(jī)的運(yùn)算結(jié)果，而匹配 Google 最新研制的量子計(jì)算機(jī)，F(xiàn)rontier 超級(jí)計(jì)算機(jī)至少需要花費(fèi) 47.2 年。

劍橋量子公司 Riverlane 的 CEO Steve Brierley 更是將 Google 的進(jìn)步稱為一個(gè)「重大里程碑」，補(bǔ)充道：「關(guān)于我們是否已經(jīng)達(dá)到或確實(shí)能夠達(dá)到量子霸權(quán)的爭(zhēng)論，現(xiàn)在已經(jīng)解決了。」

不過初創(chuàng)企業(yè) Universal Quantum 的 CEO Sebastian Vettel 也表示：「量子計(jì)算機(jī)需要展示更多實(shí)用功能。」

▲ 圖片來自：Funstec

作為參考，以下便是 Swarma Club 整理的 8 個(gè)關(guān)于未來量子計(jì)算機(jī)的具體應(yīng)用：

在藥物領(lǐng)域，使用量子計(jì)算機(jī)或許可以根據(jù)病毒在不同人群中的傳播途徑，精準(zhǔn)預(yù)測(cè)它們的變異方向并提前設(shè)計(jì)出特效藥。

在密碼學(xué)領(lǐng)域，破解 1024 位長的 RSA 算法，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)可能需要幾十萬年，而用一臺(tái) 512 量子比特的量子計(jì)算機(jī)理論上可以做到 1 秒破解。

在生物領(lǐng)域，通過量子計(jì)算機(jī)整合基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組、代謝組和表型組的多套數(shù)據(jù)，重新定義一個(gè)物種是未來的研究重點(diǎn)和難點(diǎn)。

在天氣預(yù)報(bào)領(lǐng)域，使用量子計(jì)算機(jī)能大幅提高對(duì)天氣預(yù)報(bào)的實(shí)時(shí)測(cè)算，進(jìn)而大幅提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和延長預(yù)報(bào)天數(shù)。

在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，汽車上配備量子計(jì)算機(jī)，能夠精準(zhǔn)測(cè)量和運(yùn)算出安全和舒適的駕駛場(chǎng)景所包含的要素。

在輔助設(shè)計(jì)領(lǐng)域，量子計(jì)算機(jī)通過連接人腦，將人腦所想畫面呈現(xiàn)于屏幕上，然后通過簡(jiǎn)單的選擇，即可完成專業(yè)水準(zhǔn)的設(shè)計(jì)。

在財(cái)務(wù)管理領(lǐng)域，量子計(jì)算機(jī)運(yùn)算各類變量和參數(shù)，從而預(yù)測(cè)一個(gè)巨復(fù)雜系統(tǒng)的走向，甚至能夠測(cè)算出金融風(fēng)暴發(fā)生的概率，做到未雨綢繆。

在生物演化領(lǐng)域，使用量子計(jì)算機(jī)或能建立時(shí)間分辨率為年、甚至天級(jí)別的地球歷史。

當(dāng)然，關(guān)于量子計(jì)算的應(yīng)用還有很多，如果想體驗(yàn)更多具體落地的應(yīng)用，不妨給予其成長足夠的時(shí)間，屆時(shí)我們都將在未來一一嘗試。

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