可编程量子计算机再现“量子霸权”

在英国杂志《自然》23日发表的一篇论文中，谷歌展示了量子霸权——一种超越最快的经典超级计算机的可编程量子计算机。量子系统只花了大约200秒就完成了一个经典计算机需要大约10，000年才能完成的任务。评论称这一成就是量子计算的一个重要里程碑。

量子计算的一个目标是以比传统经典计算机快数倍的速度执行特定的计算任务。为了实现这个目标，需要克服许多挑战，例如在产生大的计算空间的同时确保低的计算错误率，以及设计难以由经典计算机处理但可以由量子计算机容易地完成的基准测试。

谷歌人工智能量子和加州大学圣巴巴拉分校的研究团队描述了在实现量子霸权方面取得的技术进步。他们开发了一种由54个量子位组成的处理器，它使用量子叠加和纠缠来实现计算空间的指数级增长，与经典位相比。由于一个量子位不能有效工作，处理器实际上只使用53个量子位。

研究团队开发的纠错流程可确保高操作保真度(高达99.99%)。为了测试该系统，该团队设计了一项对量子电路产生的随机数进行采样的任务。对于经典计算机来说，这个任务的难度将随着量子电路中量子比特的数量而增加。最后，量子处理器在大约200秒内从量子电路中收集了100万个样本，而一台尖端超级计算机花了大约10，000年才完成这项任务。

在文章《新闻与观点》发表的同时，科学家们评论说，“量子霸权的实现超过了世界领先的超级计算机...无疑是一项了不起的成就”。然而，文章也指出，在量子计算机投入实际应用之前，还需要做更多的工作，例如实现可持续的容错操作。