可编程量子计算机再现“量子霸权”

科技日报

在 23 日发表在英国《自然》杂志上的一篇论文中，谷歌展示了量子霸权——一种超越最快经典超级计算机的可编程量子计算机。量子系统只用了大约 200 秒就完成了经典计算机在大约 10,000 年内完成的工作。评论文章称这一成就是量子计算的一个重要里程碑。

量子计算的一个目标是以比传统经典计算机更高的速度执行某些计算任务。实现这一目标需要克服许多挑战，例如生成大计算空间同时保持较低的计算错误率，以及设计经典计算机难以处理但量子计算机可以轻松完成的基准。

来自 Google AI Quantum 和加州大学圣巴巴拉分校的研究团队描述了在实现量子霸权方面取得的技术进步。他们开发了一种 54 量子位处理器，该处理器使用量子叠加和纠缠来实现计算空间的指数级增长，与经典比特所能实现的相比。由于 1 个量子位不能有效工作，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保证了高操作保真度（高达 99.99%）。为了测试该系统，该团队设计了一项任务比特经典有价值吗，对量子电路产生的随机数进行采样。对于经典计算机，这项任务的难度随着量子电路中量子比特数量的增加而增加。最终，量子处理器在大约 200 秒内从量子电路中采集了 100 万个样本，这项任务需要一台尖端超级计算机大约 10000 年才能完成。

在并发的“新闻与观点”文章中比特经典有价值吗，这位科学家评论说“为世界领先的超级计算机实现量子霸权……无疑是一项了不起的成就”。但文章也指出，在量子计算机投入实际应用之前，还需要做更多的工作，比如实现可持续的容错计算。