物理学家说，谷歌的量子计算机还远远没有实现

N关于量子物理的小道消息，法兰克福研究所的理论物理学家Sabine Hossenfelder告诉我，谷歌将在下周宣布一件特别的事情:他们的论文是关于实现量子优势的，一种超越传统对手的量子计算机的实现。关于量子霸权的讨论可能听起来很熟悉，因为9月中旬，美国国家航空航天局(NASA)无意中上传了一份过时的《量子力学》纸在它的“技术报告”服务器上发布，但在此之前它已经在网络上引起了轩然大波。这也难怪:谷歌及其公司声称他们的量子计算机可以在200秒内完成一台超级计算机需要1万年才能完成的工作。

超级计算机和量子计算机的关键区别在于它们存储信息的方式。对于前者，就像任何传统计算机一样，它是二进制位，1和0;对于后者，这是一个量子比特的问题，它可以假设0和1的任何排列。不，这并不意味着一个量子比特可以像薛定谔的猫一样，同时是两个矛盾的东西——生的和死的，或者，在这种情况下，既是0又是1。作为理论计算机科学家，量子比特才是斯科特Aaronson有益的把它在他的博客“shtetel - optimized”中，这是一个“这个和那个的复杂线性组合”，也就是0和1。“也许这个，也许那个”最接近粗略的估计。“然后你就可以定义一个[量子计算机]，”阿隆森说，“简单地说，就是一个可以利用这种新的‘可能’的计算机:这种计算机在20世纪20年代被发现，涉及到复数，存在于宇宙中。”

“量子霸权”是一个划时代的短语。

为什么利用这一“可能”赋予量子计算机至高无上的地位？Hossenfelder在几个月前制作的YouTube视频中解释道：“为了让你了解量子计算机还能做多少，想想这个：人们可以通过数值求解量子力学方程，在传统计算机上模拟量子计算机。”。

“如果你这样做，”她继续说道，“那么传统计算机的计算负担就会随着你试图模拟的q位的数量呈指数级增加。你可以在个人电脑上做2个或4个q位。但是已经有了50个q位，你还需要一群超级计算机。任何超过50个q位的数据目前都无法计算，至少在任何合理的时间内都无法计算。”

谷歌的量子计算机是一个名为Sycamore的紫色芯片。在报纸上的一张图片上，你可以看到一对雕刻——一边是“谷歌AI Quantum”，另一边是一棵雕刻的梧桐树下的“梧桐树”。梧桐被设计成使用54个超导量子位transmons. 我说“设计”是因为其中一个量子位出了故障。因此，该芯片在与“最先进的超级计算机”的计算速度进行比较的实验中，使用了53台，最终可以完成“对伪随机量子电路的输出进行采样的任务”。这种计算几乎没有结构，这使得它成为“基准测试的合适选择”研究人员说，因为这使得经典计算机运行相当缓慢。他们总结道，梧桐树的成功“预示着一种备受期待的计算范式的到来。”

加州理工学院量子信息与物质研究所(Institute for Quantum Information and Matter)所长、理论物理学家约翰·普雷斯基尔(John Preskill)在2012年创造的“量子霸权”是一个划时代的短语。Preskill的意思是一种门槛。“我想强调，这是我们星球历史上的一个特权时代，基于量子物理原理的信息技术正在崛起，”他说写的这个月，在广达电脑. 他似乎说，有一个星号应该会附加谷歌的搜索结果。他写道：“正如谷歌团队所承认的，问题在于他们的机器以惊人的速度解决的问题是精心挑选的，只是为了证明量子计算机的优越性。”。“除此之外，这并不是一个有很多实际意义的问题。”霍森菲尔德也是这样认为的。她说，今天的量子计算机似乎真的只是“科学家的新玩具”，因为“可以用来检查量子优势的随机变量的生成并不好[足以]实际计算出任何有用的东西。”

不过，普雷斯基尔表示，谷歌的做法在追求实用性方面迈出了重要的一步。他认为，为“即将到来的时代”创造一个几乎已经存在的短语——“噪声中量级量子”(NISQ)是有用的。“吵”意思是不精确的。对于无错误的计算来说，量子位元仍然太滑了——量子计算机运行的时间越长，错误就越多，使得计算结果不可靠。“中等规模”的意思是大到足以做谷歌所做的那种事情:展示量子的优越性——轻松地击败了一台超级计算机——但太小了，只有几百个量子位元，不能做任何有价值的事情。因此，我们确实处于NISQ(发音像“风险”)时代，正如艾伦森在他的著作中所写的那样邮递“斯科特的最高量子霸权FAQ！”，是“至少是个什么汉堡！”

还没什么好激动的。Hossenfelder说：“这个词”——NISQ——“实际上是一个让投资者相信量子计算在未来几十年左右将有实际应用的术语。”。“NISQ的问题在于，尽管它们很快就会切实可行，但没有人知道如何计算出有用的东西。”也许没有人会这么做。“我现在非常担心量子计算将走与核聚变相同的道路，它将永远充满希望，但永远不会真正起作用。”

谷歌的研究人员和他们的NASA合作者对这种不确定性提出了更积极的看法，这是可以理解的。他们说，量子计算正在从单纯的学术性“过渡”到开启新计算能力的关键。“我们离有价值的短期应用只有一个创造性的算法。”谁知道它什么时候会到来。

布莱恩·加拉格尔是《浪漫的事实》的编辑鹦鹉螺博客。在推特上关注他@BSGallagher.

观察：量子力学如何改变了我们对信息的理解。