@ 2018.10.25 , 09:00

IBM证明了量子计算机确实比传统计算机更快

1994年,麻省理工学院(MIT)的应用数学教授Peter Shor开发了一个突破性的量子计算机算法,能够使用量子计算机进行因式分解。

Shor的这个算法证明了量子计算机的潜力,尽管它只是那巨大潜力的惊鸿一瞥。使用量子比特(qubit)替代传统比特后,量子计算机在理论上应该比现在的传统计算机快上许多许多。但是为了证明这一点,研究人员花费了数十年的时间。

而即便过了这么久,他们还是没能证明量子计算总是能够在这种应用中比传统计算更快,或者说对于传统的计算机系统,我们能不能找到一个足够健壮的算法,让运算速度超过量子计算。

就在研究人员百思不得其解的时候,IBM发现了点儿新东西。

IBM的研究员Sergey Bravyi、David Gosset和Robert König在他们合著的一篇题为《浅电路下的量子计算优势(Quantum advantage with shallow circuits)》的论文中提到:

“我们证明了,与经典计算机相比,运行量子并行算法的计算机在固定的时间段内总是更加强;可以证明,在解决二元二次形式的线性代数问题时,量子计算表现更佳。”

“我们的成果给出了量子计算优势的无条件证明,同时指出了这种优势的来源:它是量子非定域性的结果。我们所提出的量子算法是在不远的将来可能出现的实用量子计算机算法的合适候选,因为这种算法只要求二维量子比特网络中最近的逻辑门具有恒定深度的量子电路。(constant-depth quantum circuits with nearest-neighbor gates on a two-dimensional grid of qubits)

该团队发表的这篇论文证明了,不管输入的数据增加多少,量子算法总能够在固定的步数内解决问题。这和传统计算机形成了鲜明的对比,后者的算法随着输入数据的增加,计算的步数也会增长。

“这篇文章的重点不在于我们发现了某个非常重要的量子算法,或者发现了什么有实际意义,或者有意思的问题。”Bravyi解释道,“我们是在尝试看看能不能将量子算法和传统算法的深度区别开。随着我们不断增大问题的规模,量子算法解决问题所消耗的时间总是固定的,即便总的操作数是在增长的。”

简而言之,量子计算机在运算的时候只需要固定的步数,不管输入的数据怎么增加都是一样。就是这点让量子计算机与传统计算机相比更快。因为需要解决的问题越复杂,量子计算就越有效率。

IBM证明了量子计算机确实比传统计算机更快

研究人员可以根据这个结论为量子计算机开发算法,也能应用于传统-量子混合计算系统。

“这样我们就能更深入地讨论我们之前做过或者只是能做的那些事儿了。我们能开始真正的开始分配人员,做决策开始创造量子计算机,并且为这些新东西写算法和软件了。”

IBM证明了量子计算机的的确确要比传统计算机更快,在通向“量子霸权”(即量子计算机可以执行的任务超出了传统计算机的能力)的路上树了一个里程碑。

IBM和其他科技巨头,比如Google、微软、英特尔和其他公司,已经准备好展开一场实现量子霸权的竞赛了。量子计算机的底层硬件还需要进一步发展,变得更加强大。另外,量子比特也还不完美,因为它还有很小几率出现错误,而且只能存在一定时间,之后就会变得混乱。

而且,研究人员的这个证明也不能解决现有的任何实际问题。与此相反,“这个证明让我们更深刻地理解了量子计算机的强大之处,”研究人员接着说到。“希望在未来它能引领我们找到更加实用、更加有效的算法。”

直到把量子计算机的问题解决了,我们才真正能够证明量子计算机可以比地球上的任何超级计算机都更快速地解决问题……

本文译自 Eyers,由译者 Freez Sun 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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