质疑谷歌量子优越性阿里团队万年问题可20天处理

（原标题：质疑谷歌量子优越性：阿里团队发预印本论文，所谓10000年问题可20天处理）

文/黄珊

2019年见证了许多历史性时刻，但这些历史性时刻仍需经受考验。例如谷歌宣告完结量子优越性（Quantum Supremacy）。

其时，谷歌在其刊登于Nature的论文中表明，现已开发出了一款名为Sycamore的54量子比特数的量子芯片，能够在短短的200秒内处理一个特定问题，而地球上顶尖的超级核算机将花费1万年才干完结相同的使命。

依照2012年加州理工学院量子理论物理学大牛John Preskill提出的 “量子优越性” 的界说，量子核算设备能够逾越经典核算设备，处理后者无法处理的核算使命。这个概念曾在2018年10月被证明理论上行得通。谷歌的试验效果则显现，量子核算机在处理随机采样使命上逾越了经典核算机，量子优越性由此到达。

不过，阿里量子核算团队近来在Arxiv上刊登的文章 “Classical Simulation of Quantum Supremacy Circuits” 却显现，谷歌用以证明量子优越性的核算使命，经典核算机所需的核算时刻其实用不到1万年。

图丨此次论文（来历：Arxiv）

在这项新发布的文章中，阿里团队的思路也与IBM此前关于谷歌量子优越性声称的许多质疑相似。

在量子核算范畴，IBM 是能够与谷歌平起平坐的另一股力气。

IBM 研讨人员提出的一个质疑之处在于，在Nature论文中，谷歌量子处理器用200秒时刻完结了世界上最好的超级核算机（恰好是 IBM 的 Summit，top500第一）需求1万年才干完结的核算，这并不合理，Summit 能够在2.5天内完结核算。除此之外，谷歌离真实的量子核算机还有很长的路要走，由于它履行的核算使命没有已知用处，不足以证明其通用性，并且怎么完结可继续的容错运算依然是个巨大应战，谷歌在论文中也承认了这一点。

换句话说，质疑者以为，谷歌声称的 “完结量子优越性” 的言辞是具有误导性的。

图｜谷歌宣告完结量子优越性的论文（来历：谷歌）

而在阿里团队的这项研讨中，研讨人员则是经过一种优化办法，经典核算机在20天的时刻内就完结了核算。

从 IBM 、阿里的给出的数据来看，20天、2.5天的耗时和200秒天然仍有不同，但20天、2.5天和1万年的确也不是一个等级的概念。

一直以来，量子核算都被寄予了 “在核算速度上比经典核算要快指数级倍” 的期望，而运转随机量子线路采样（random quantum circuit sampling）是现在测验量子核算的功能的一个干流手法（其他手法包含光学玻色采样问题、IQP 线路），虽然这种运算或许并没有一点实践用处。

随机量子线路采样，正是谷歌声称量子优越性所处理的“特定问题”。

一般来说，经典核算处理这类问题所需的时刻会随量子线路（一般由一个名为 cycle“周期”的量表明，周期越高，量子回路越杂乱）的规划增大而呈指数级添加，而用这类问题探求量子核算是否真较经典核算具有不行逾越的 “量子” 的一个规划关键，在于要设法使量子处理器的规划和效果都到达经典核算不或许以相似的核算时刻和精度输出的水平。

图 | 谷歌 Sycamore 量子芯片（来历：谷歌）

阿里量子团队共同开发出了一款根据张量网络的模仿算法，并在阿里云上对该算法进行了测验，与Sumimit相较的集群方法比较，显现其能仅在20天内就处理谷歌测验所用的、1万年版别的随机量子线路采样问题（53量子比特，20个周期）。

而关于在此前谷歌研讨所用的另一个测验运算（53量子比特，14个周期），比较谷歌声称的“经典核算需用约1.1年才干算完”，此次研讨所提出的新算法仅用265秒就能完结核算，而谷歌的 Sycamore 则用了约两倍长的这个时刻才处理了这样的一个问题。

研讨人员也在论文中，将谷歌此前测验量子核算用的运算问题称为“意外地能简略的被拆分为并行运算的问题”。

简略来说，此次研讨将量子随机采样问题看作是一个具有 “2D 平面上仅相邻节点有相互束缚” 的规则张量网络，使影响经典核算耗时的要素变为了张量网络的缩短途径，而团队则将运算拆分红无数个可独立被并行运算的 “次级运算”，然后再针对对功率构成影响的要素为算法进行优化，完结了“量子处理器每添加一量子比特并不会使其功率相对经典算法呈指数级添加” 的状况，并使经典核算的功能到达了谷歌此前所给出的功能值的20万倍。

此次研讨所展现的效果，倒不像此前谷歌所声称的那般“经典核算实力与量子核算相差甚远”。谷歌 CEO Sundar Pichai 曾着重那次的研讨效果对谷歌来说具有里程碑式的含义，并将其与莱特兄弟创造飞机时的初次12秒成功试飞比较。

还有别的一个需求重视的才能——“抗噪”。这是验证量子核算是否较经典核算具有量子优越性的衡量标准之一，即在一个非抱负的，具有噪声的体系中完结随机抽样运算。不过由于技能问题，此次的研讨仅测验了新算法在抱负环境下的运算才能，而未能对算法在噪声环境下的体现进行模仿。

图 | 谷歌 CEO Sundar Pichai（来历：麻省理工科技谈论）

全体来看，这样的效果将为量子核算研讨所需完结的核算功率拉高门槛。理论上而言，量子核算相较经典核算才能愈加不行估量，仅仅一个技能从概念到完结再到不断老练的过程中，其功能和体现之类的参数肯定是不断的前进的。未来研讨人员声称在某个问题上完结量子优越性，恐怕还需求支付更多的心力。

事实上，量子核算和经典核算之间已有屡次喧嚣，虽然量子核算作为前沿技能 “喜讯” 连连、颇受注目，但渐渐的变多痕迹显现，现阶段，该范畴每一次的前进都未能彻底完结对量子优越性的证明，更不是对经典核算的否定。

反而有一点益发明晰：比照量子核算与经典核算之间的不同，不少新的作业促进了经典核算的探究，以及对其进一步的算法优化，也为量子核算不断提新的课题。

正如 IBM 研讨部主管 Dario Gil 曾在采访中对咱们表明的：“量子核算机永久都不或许有远胜于经典核算机的肯定‘霸权’位置，两者各有千秋，各司其职，关于许多问题，经典核算机将仍然是运用的最佳东西。”

（来历：麻省理工科技谈论）

注：此次论文作者多来自阿里量子试验室和阿里云智能，包含阿里量子试验室的负责人、前密歇根大学教授施尧耘博士。在量子核算研讨上，阿里是不行忽视的新进者，由于其是为数不多以硬件为中心进行全栈量子核算研制的团队：2017年，阿里巴巴以完结量子核算的潜能为方针组成量子试验室。2018年头，试验室研制的量子电路模仿器 “太章” 在全球首先成功模仿了81比特40层作为基准的谷歌随机量子电路。2019年，阿里达摩院院长张建锋宣告量子试验室完结了第一个可控的量子比特的研制作业。