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什么是“量子至上”?为什么Google的突破如此重要?



这对您和加密的未来可能意味着什么。艺术家绘制的称为Sycamore的Google量子计算机芯片及其周围硬件的绘画。Google 于2019年10月23日发布了一个巨大的启示,宣布它已经达到了所谓的“量子至上”。通过一篇文章在杂志自然,谷歌表示,他们的量子计算机,叫梧桐,200秒还原一个特别困难的问题。作为比较,谷歌表示,世界上最快的经典计算机(IBM拥有的称为Summit的一台计算机,与两个篮球场一样大)将需要10,000年的时间才能解决相同的问题。

这就是“量子至上”的含义。这是一种量子计算机(它运行的是量子物理学定律,而不是我们熟悉的经典计算机(例如,手机和笔记本电脑),它们运行在像牛顿运动定律这样的经典物理学上),而这是传统计算机无法做到的可以在合理的时间内完成。问题在于,IBM 响应 Google的消息说,实际上,Summit可以在两天半的时间内解决量子计算机的问题,而不是Google建议的10,000年。

在Recode的Reset播客的这一集中,主持人Arielle Duhaime-Ross和数学和物理学杂志Quanta的资深作家Kevin Hartnett准确地解释了量子计算是什么以及Google为何在IBM上大量投资并没有那么重要。“这是疯狂的,因为如果我们构建一个工作的量子计算机,它表明我们已经实现了对宇宙物质的某种物理控制。在最基本的层面上,我们正在控制它。我们正在对其进行操纵,并对其进行计算,并对其进行计算。真是太神奇了。工程师现在实际上正在实现这一目标真是令人惊讶,” Hartnett指出。

在本集的稍后部分,两人还探讨了工作中的量子计算机在现实世界中将具有哪些应用程序,从药物发现和财务建模到通过取消称为RSA加密的通用加密形式破坏互联网。”现在,这就是我们将大量信息安全保存在互联网上的方式。但是有了一台功能强大的量子计算机...分解大量数字所需的时间真的很短。这意味着您用于加密内容的密钥很容易弄清楚,并且互联网有点搞砸了。但这在目前基本上还只是理论上的。''杜海姆-罗斯解释说。

在这里听他们的整个讨论。我们还与下面的Duhaime-Ross分享了Harnett对话的轻描淡写的抄本。艾丽尔·杜海姆·罗斯坦率地说,“量子至上”一词听起来很荒谬。它总是让我感到电子将要占领整个世界。但是人们已经等待了很长时间。因为Google宣布的意思是一种称为量子计算机的特殊类型的计算机最终可以运行。不仅仅是感觉像……

凯文·哈特奈特几十年来,这几乎是神话般的梦想。感觉好像多年来我们一直在等待人们所谓的量子霸权的宣布。这就是Google本周宣布的内容。

艾丽尔·杜海姆·罗斯因此,量子计算变得越来越真实,两个最大的科技公司Google和IBM都对它着迷。但是首先我要让你谈论物理学。不用担心 因为我得到了你。我在这里等你 我们都会一起做。

那么凯文-什么是量子计算机?凯文·哈特奈特量子计算机是一种使用量子物理定律执行计算的机器,我猜这与您的经典计算机(如电话或台式计算机)相反,它的运行符合经典物理定律。因此,经典计算机使用位进行计算,位可以是1或0。艾丽尔·杜海姆·罗斯所以基本上就像代码的基础。

凯文·哈特奈特究竟。那就是代码。现在,量子计算机不再使用位,而是使用量子位或量子位。这些量子位由量子材料制成,肘位可以位于1或0的位置。或者可以用量子位在1的概率或零位置的概率来描述。

该系统的优点是您拥有许多不同的可能状态。当您进行计算时,您的量子计算机可能会进入,并且这些状态中的每一个都有分配给它的概率。

ADR:那是关键。诸如笔记本电脑或手机之类的常规计算机(或计算专家称之为“经典计算机”),这些计算机一次只能尝试一种可能的途径以获得答案。但是量子计算机可以更有效地找到正确的答案。那不是超级直观,所以这是一个思想实验:想象一个球和一个小山。您的任务是使该球降落在山底的特定位置。

凯文·哈特奈特想象一下,您正在算盘的开始,您的计算。您在山顶,将要滚下山球。它可以沿着各种方式走下坡路,并最终到达底部的任何数量的不同地点。但底部只有一个地方是正确的答案。因此,如果您有一台经典的计算机,那么您所能做的最好的事情就是将球滚下山坡,看看它着陆的地方,看看是否是正确的答案。

艾丽尔·杜海姆·罗斯因此,您一直在不断地将球推上山坡,然后将其放下一次,否则,可能会得到正确的答案。您必须将其滚回山上,然后重试。

凯文·哈特奈特这很费力,而且要花很多时间。[但是使用量子计算机]您可以对肘节进行某种结构设计,从而使球沿着山坡走的路径在某些方面是最可能沿着山坡走的路径,它对应于正确的答案山的底部。

艾丽尔·杜海姆·罗斯因此,您可以翻山越岭,朝自己的喜好倾斜天平,以便更快地获得正确的答案。从理论上讲,量子计算机应该能够比经典计算机更快地获得答案。但是就速度而言,有时最新,最华丽的交通方式并不是最可靠的。

因此,您必须问自己:与传统计算机相比,使用量子计算机执行计算的效率无可否认地会更高吗?简而言之,这就是对量子至上的追求。

凯文·哈特奈特量子至上性是一个基准,该基准是大约七年前由加州理工学院的加州理工学院的物理学家约翰·普雷斯基尔(John Preskill)设定的。量子至上的意思是量子计算机可以做普通计算机无法比拟的事情。

这个想法是,量子计算机应该比常规计算机能够更快地执行计算。但是许多人怀疑是否可以实际实现像实践中那样的计算。因此,量子至上是量子计算机实际执行经典计算机无法跟上的计算的时刻。

因为如果您给一台经典计算机足够的时间,甚至可能比我们留在宇宙中的时间还要多,那么它就可以完成量子计算机可以做的任何事情。至高无上意味着量子计算机可以比传统计算机更快地完成某些事情。

艾丽尔·杜海姆·罗斯世界上功能最强大的经典计算机称为Summit。它由IBM拥有,最大有两个篮球场。另一方面,谷歌的量子计算机可能适合您的卧室。叫做美国梧桐。因此Google所做的就是为Sycamore解决了一个非常具体的问题,称为随机电路采样问题。

凯文·哈特奈特他们展示的是他们的计算机可以在大约200秒内解决此随机电路采样问题。世界上功能最强大的经典计算机,称为Summit。好吧,谷歌估计,这台计算机要花200秒钟才能解决该计算机需要10,000年的时间。

艾丽尔·杜海姆·罗斯因此,谷歌宣布的是,它基本上是向IBM大力灌篮。世界上功能最强大的计算机,功能最强大的计算机,经典计算机。

凯文·哈特奈特从这个特定的问题来看,它很难灌篮,你可以说它杀死了它。这很重要。从实际意义上讲,这很重要,对吧?如果他们只花几分钟来执行计算,那么我们可以做很多事情,而如果我们需要数年或数万年的话,我们将无能为力。艾丽尔·杜海姆·罗斯除非您问IBM,否则Google灌篮的难度没有它说的那么大。

凯文·哈特奈特IBM当然对此表示怀疑。他们发表了一篇论文,说:不是那么快,他们实际上并没有做到这一点,因为Google在他们的论文中估计,最强大的普通计算机需要10,000年的时间才能执行此计算。而且IBM实际上说,我们设计的功能最强大的计算机可以在两天半的时间内完成此任务,甚至比如果我们有时间微调我们的工作方式还要快。

我还要说,IBM本身,也许是Google在制造量子计算机方面的最大竞争对手。艾丽尔·杜海姆·罗斯IBM只是一个失败者,还是他们提出的一个很好的观点?

凯文·哈特奈特好吧,他们提出的观点是好的,并且确实指出了至高无上的重要意义,这就是您试图证明量子计算机可以比任何传统计算机更快地完成某些事情。因此,证明至高无上,真正证明至高无上将涉及证明经典计算机不可能像量子计算机一样快地解决此类问题。而且我们这里没有那种证明。

它使用了世界历史上功能最强大的经典计算机,该计算机占据了两个篮球场大小的面积。该计算机可以在200秒内解决问题,该问题使世界上第二快的计算机至少需要两天半的时间来进行此计算。如果Google的量子计算机变得更大一点(如果不是53 cubit,而是70 cubit),现在,一个充满两个篮球场的经典计算机将根本无法跟上。您需要一台城市大小的经典计算机来模拟相同的计算。

这就是量子计算机绝对比经典计算机更快地完成工作的意义。我认为人们谈论量子至上性时真正想到的是差异。这就是为什么大多数人都会很自在地说Google所做的一切(如果完全检查出)实际上是量子霸权的证明。

艾丽尔·杜海姆·罗斯那么,IBM还会很快显示出霸主地位吗?凯文·哈特奈特现在IBM已经有一段时间了,因为他们没有追求量子霸权的目标。他们将其视为人为基准,您可以跨越它,但仍然没有做任何有用的事情。因此,至少在公开声明中,他们的想法更为实际。

艾丽尔·杜海姆·罗斯这与Google是想在扣篮之前直奔空中的篮球运动员之间的区别。而IBM只是想做一个裁员,因为他们知道它是可行的。这是相同数量的点。

凯文·哈特奈特我会这样说。似乎Google的基础科学以及可能性和探索意识使Google更具生气。艾丽尔·杜海姆·罗斯我的男人凯文(Kevin)拥有完美的选择!我们已经确定,谷歌的量子计算机比世界上最强大的经典计算机快得多。但是,这种可能性到底有什么呢?个人量子计算机在我们的未来吗?