可编程量子计算机再现“量子霸权”

英国《自然》杂志23日发表的一篇论文中,谷歌公司演示了量子霸权——一台可编程量子计算机超越了最快的经典超级计算机。该量子系统只用了约200秒就完成了经典计算机大约需要1万年才能完成的任务。评论文章称这一成就为量子计算的重大里程碑事件。

量子计算的一个目标是以指数级倍数超过传统经典计算机的速度执行特定计算任务。实现这一目标需要克服许多挑战,比如在产生较大计算空间的同时保证计算错误率低,以及设计一种经典计算机难以处理,但量子计算机可以轻松完成的基准测试。

美国谷歌AI量子和加州大学圣塔芭芭拉分校的研究团队,此次描述了实现量子霸权所取得的技术进展。他们研制了一台由54个量子比特组成的处理器,该处理器利用量子叠加和量子纠缠实现的计算空间与经典比特所能达到的相比,实现了指数级的增加。由于有1个量子比特无法有效工作,处理器实际只用了53个量子比特。

研究团队开发的纠错流程可以保证较高的运算保真度(高达99.99%)。为了测试该系统,团队设计了一项对量子电路产生的随机数字进行采样的任务。对于经典计算机来说,这一任务的难度会随量子电路中量子比特数的增加而增加。最后,量子处理器在200秒左右的时间内从量子电路中采集了100万个样本,而一台尖端超级计算机大约需要1万年的时间才能完成这一任务。

在同时发表的“新闻与观点”文章中,科学家评论称,“对世界领先的超级计算机……实现量子霸权无疑是一项了不起的成就”。但文章也指出,在量子计算机投入实际应用前还需开展更多工作,比如实现可持续的容错运算。

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