經典計算大戰量子計算，一個動態的博弈過程

文/觀察未來科技

《科學》新聞消息顯示，近日，來自中國科學院理論物理研究所的科研團隊使用傳統超算解決了谷歌“懸鈴木（Sycamore）”量子計算機用以論證“量子優越性”的示例問題。

一直以來，實現量子優越性都是量子計算的一座高峰，這同時也展現出了量子計算不可比擬的優勢。經典計算機中的2位寄存器一次只能存儲一個二進制數，而量子計算機中的2位量子比特寄存器可以同時保持所有4個狀態的疊加。當量子比特的數量爲n個時，量子處理器對n個量子位執行一個操作就相當於對經典位執行2n個操作，這使得量子計算機的處理速度大大提升。可以說，量子計算機最大的特點就是速度快。

2019年10月，谷歌公司在《Nature》期刊上宣佈了使用54個量子位處理器Sycamore，實現了量子優越性。具體來說，Sycamore能夠在200秒內完成規定操作，谷歌研究團隊認爲即使是當時美國最強大的超級計算機“頂峰（Summit）”也可能需要 10000 年才能完成。

不過，2021 年，中科院張潘團隊又提出了一種“大頭”張量網絡算法，通過把量子線路所對應的張量網絡拆分成頭部張量網絡和尾部張量網絡，該算法只需要頭部張量網絡縮並一次就可以進一步計算尾部張量網絡所對應的所有相關位串的振幅，大大簡化了運算。研究者認爲，依據此種算法，用傳統計算機在更短時間內完成此任務已經不存在理論障礙。

近日，基於這套算法，他們使用 512 塊 GPU 在 15 個小時內完成了此任務，且保真度更高於谷歌團隊的結果。論文將發表於《物理評論快報》。

這也讓我們看到，從計算的角度來看，量子計算和經典計算始終是個動態的過程，而量子優越性的實現也必將是一場持久戰。

如果有一個特定的問題，量子計算需要一個小時，經典計算需要上億年，量子計算優越性便得以實現，擴這證明，有些過程，經典計算是無法有效模擬的。從科學家對量子計算優越性的觀點來看，有兩個關鍵點，一是操縱的量子比特的數量，二是操縱的量子比特的精準度。只有當兩個條件都達到的時候，才能實現量子計算的優越性。

另一方面，雖然人們操縱量子比特的數量和精準度在不斷提高，但是經典計算的算法和硬件也在不斷優化，超算工程的潛力更是不可小覷。比如，IBM就宣稱，實現53比特、20深度的量子隨機線路採樣，經典模擬完全可以只用兩天多時間，甚至還可以更好，也許未來何時，經典模擬在這個任務上就能超過谷歌團隊的量子計算機。

不過，從長遠來看，在世界範圍內的佈局和發展下，量子計算將極有可能徹底消除時間障礙，成本障礙也將隨之降低，但在真正像傳統計算機那樣具有通用功能的通用量子計算機成型之前，量子計算也依然需要一段漫長的探索過程。