Google 的量子電腦為什麼遭到專家的質疑?

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(照片來源:路透社)
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本文來自於:Newscientist《Experts doubt Google’s claim about its quantum computer’s speed》,雷鋒網 翻譯

強大的量子電腦真的要來了嗎? Google 日前宣布該公司推出的 D-Wave 量子電腦在解決問題時能夠比其他任何電腦都快出一億倍,並且能夠極大地推動人工智慧的進步。然而,一些業內研究人員表示, Google 的這些說法有些誇張了,其實並沒有比普通的電腦快多少。為什麼呢?

Google 做了什麼來推動量子電腦?

2013 年, Google 向加拿大本拿比公司 D-Wave 購買了一台量子電腦。 D-Wave 出品的機器在學術界一直頗受爭議,之前表示自產的電腦速度更快的言論已經遭到質疑。如今 Google 再推出了看似是迄今為止最強大的量子電腦,號稱快出 1 億倍。

D-Wave 電腦如何運作?

據悉, Google 此次宣布的重要佐證就是「量子退火」算法。這種算法確定了當面臨一系列潛在解決方案時一個特定函數的全局極小值,即在給定一系列選項時,它能夠確定完成一個任務所需的最優解決方案。普通的數字電腦在 0 和 1 的二進制系統上運行,稱為「比特」(bit)。但量子電腦可以在量子比特(qubit)上運算,可以計算 0 和 1 之間的數值。

Google 如何獲得如此大幅的速度提升?

Google 團隊將 D-Wave 與一台運行模擬退火軟體的普通電腦進行比對。顧名思義,這個軟體試圖模擬能源景觀的探索過程,但不像 D-Wave ,它不能通過量子隧道走捷徑,因此運行起來會更慢一些。 D-Wave 系統是硬體編碼在自身量子陣列裡運行量子退火算法。最重要的是, Google 在這兩台電腦都測試了計算量較大的問題,從而得出差別的結論。

「我們發現,當問題涉及將近 1000 個二進制變量時,量子退火算法要比傳統的模擬退火更快地輸出結果。」GoogleHartmut Neven 寫道,「快了不止 108 倍。」

Google 的量子電腦為什麼遭到專家的質疑?

其他人怎麼看?

「你需要仔細地研究文章,」瑞士蘇黎世聯邦理工學院 Matthias Troyer 表示,「這個實驗設置的問題本來就是一個對普通模擬退火很難,而對 D-Wave 很容易的問題。」也就是說, D -Wave 佔有了很大的主場優勢。

Troyer 指出,把模擬退火的算法進行一下改進,就能使得 D-Wave 的優勢降至 100 倍。而其他更複雜的問題,在普通電腦上運行的速度甚至比 D-Wave 更快。「聲稱' 快出 108 倍' 的說法對公眾是一種誤導。」

而且,值得注意的是, D-Wave 是一款專業硬體,成本高達 1000 至 1500 萬美元。正如 Google 在其論文中所描述的那樣,一台相似的但不是量子計算的專業設備也能實現目前 D-Wave 的計算速度,儘管他們沒有對這個進行研究比對。

所以, Google 是想蒙蔽我們的眼睛嗎?

也不完全是。 Neven 在文章結尾處表示,其他算法也有可能超越 D-Wave ,只是 Google 認為隨著 D-Wave 的日漸強大,其他都不是對手。

然而並不是所有人都這麼相信 D-Wave 。「D-Wave 目前的能力證明誠然是令人印象深刻的,」麻省理工學院 Scott Aaronson 表示,「但是它是否能夠實現' 真正的量子速度' 仍有待觀察。'」

那麼,有明確的證據能證明高速量子計算實現的可能性嗎?

也許有——但也需要新的硬體。 D-Wave 的目標只是讓量子電腦盡可能快地走向市場,轉化為資本。但是, Aaronson 認為,他們的「量子相干性」(或者說「態之間的關聯性」)——量子電腦需要的一些重要量子性質——並沒有精工細活研發出來的量子晶片那麼好。

Google 也正押注其中——該公司聘請了外部研究人員來建立自己的量子晶片團隊。而 IBM 最近也獲得了來自美國政府的資金來研發自家的版本。 Aaronson 表示,兩者看起來似乎都很靠譜。但是,時刻分清楚實力和行銷熱點仍然重要。

 

注:論文 Experimental Signature of Programmable Quantum Annealing 發表在《自然通訊》雜誌上,裡面講到量子退火是一個計算模型,在量子領域運行,量子退火跟 D-wave 之間有很大的關聯性 (之前 D-Wave 表明,它使用一種稱之為「量子退火」的技術。)

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