最近一段时间,“量子”这个概念,又一次被炒上了天,收割了一大波智商税。
没错,是色图就是前阵子那些个“量子速读”的沙雕玩意,就连这种东西都有人信...
可见”量子“这个概念,作为现代科学的巅峰,在吃瓜群众的眼中,分量十足。
不过,科学不是玄学,胡来不得,机哥觉得这个成语,已经总结得非常到位:
不自量力,古人的智慧告诉过我们,不要自学量子力学。
不然,呵呵,下场就是这样:
在民科界被宣传到神乎其神的量子概念,似乎和科学界多年来钻研的正牌量子科学,出现了 hin 大的割裂。
机哥觉得,这样下去是不行的。
好在,专业大佬们,及时出手,展现了“量子”真正的抛瓦。
今天一大早,最新一期《自然》杂志封面,刊登了来自谷歌团队的一篇论文:
《使用可编程超导处理器实现量子优势》
谷歌在这篇论文里,演示了量子计算机真正的威力。
来自谷歌的科研团队,使用自家研制的量子处理器,在 200秒 的时间内,解决了现存性能最强的超级计算机 1万年 才能完成的运算任务。
其实,关注最近科技新闻的机友们,应该都有印象,其实在上个月“猪队友”NASA就泄露了这篇论文的草稿,引起轩然大波。
机哥全程看下来,觉得问题,其实还是出在“霸权”这两个字上。
“实现霸权”这样的说法,往往与政治挂钩,听起来,可能的确会有些许危机感。
但是我们要注意,这个所谓的“量子霸权”,其实只是一个量子领域的学术词汇。
既然是学术词汇,我们就能找到明确的定义,讲道理:
量子“霸权”,quantum supremacy,描述的是量子计算设备的一种潜在特性。
根据维基百科的描述,机哥按照原话翻译给各位:
量子计算设备的一种潜在能力,可以解决传统计算机无法解决的问题。
Quantum Supremacy 暂时没有一个公认的中文用法,其实,“量子优势”、“量子优越性”这种说法更为严谨、克制。
谷歌在早前泄露的论文首句,所持观点也是如此:
量子电脑有望为我们实现这样一种诱人的承诺:在使用量子处理器进行特定的演算任务时,相比传统处理器,可以获得指数级的速度提升。
这篇论文表达的内容,远远没有大家理解的,传统意义上的“霸权”这么夸张。
且听机哥继续说。
抛开这些文字游戏,咱们回归正题:实现了量子优势,意味着什么?
其实,这些乱七八糟的,翻译成人话来说,很简单。
“量子优势”的实现,意味着量子计算机,跨过了全面“吊打”古典计算机的临界点。
200秒 vs. 10000年,这样恐怖的速度提升,验证了多年来人们对量子计算机的预言:
爆炸性的算力提升,超级强悍的人工智能,超高效的计算机模拟...
这些,似乎已经离我们不远了,甚至大家开始担心,我们的计算机密码、虚拟货币密钥,都可以被它随手破解。
然鹅,以现在这个阶段来说,担心这些还是为时过早。
目前,量子计算机仍然处于一种早期的实验性阶段。
理论很美好,实现...很难搞。
薛定谔的猫,这个著名的思想实验,各位都有所耳闻,在量子理论中,猫可以同时存在死和活两种状态,我们称其为叠加态。
量子计算,也拥有这种特征。
经典计算机,也就是我们手上电脑,运算基于比特 (bit),一个比特,只能处于一种状态:
0 或 1
而量子计算,基于量子比特 (Q-bit),它有一种非常牛逼的特性,能同时处于两种叠加的状态:
0 和 1
随着量子比特的增加,可模拟的状态也会随之指数级地增多。
谷歌使用的是搭载 54 量子比特的“悬铃木 (Sycamore)”处理器。
可同时模拟2^16种状态。
解决了根本的原理问题,还有令人头疼的工程问题。
谷歌秀出来的量子计算机,长这样:
量子计算的核心,量子处理器,跑起来就像脱缰的野马,非常难以控制。
这个磨人的小妖精,运行的环境,也非常的严苛,需要人类最顶尖的技术来呵护——超导。
参考过去各个团队制造的量子计算机,它们的外观都大同小异,呈现一种倒吊的多层蛋糕形布局。
从最早的 D-wave,到后来的 IBM、谷歌,没有发生太大的变化。
最多,也只是加个套:
IBM的商用原型机渲染图
这些吊塔上一层层的平台,都是为了用液氮进行梯度降温,让塔尖的量子处理器,维持在接近绝对零度,0.1K。
D-wave的量子计算机,温度示意图
在这个温度,才能让它处于超导状态,获得最稳定的性能。
这一整套的半人高的降温设施,只为一块指甲盖尺寸的处理器服务。
不止需要精细的运行环境,目前量子计算机里跑的运算任务,也需要量身定做。
比如说这一次进行的研究,进行的就是「伪随机量子电路的输出采样」这一个运算目标。
这属于量子运算天生擅长的领域。
不过,谷歌拿来对比的这个“世界最强超算”,它的拥有者IBM表示相当不服。
IBM的超级计算机Summit
谷歌拿来测试运行的问题,传统计算机并不“擅长”,有着天生劣势。
而且对比的场景下,超级计算机的算法并没有经过优化。
这样的对比,似乎显得不太公平,IBM 非常委屈。
声称,如果经过算法优化,超级计算机用两天,也可以达成同样的运算目标。
其实大家都懂,200秒 vs. 2天,差的还是有点多。
逼逼这么多,结论其实已经很明显:
量子计算机的应用范围仍然有所局限,硬件设备的需求带来的负担,也仍然远超民用的负担。
它离我们担心的那种”霸权“,仍然非常遥远。
与其担心自己的密码被量子暴力破解,不如和机哥学学骚操作,保护隐私。
虽然有所争议,但谷歌声称实现的“量子优势”,所具备的里程碑意义,是无可动摇的。
这或许只是量子计算的一小步,却是人类的一大步。