谷歌妄想成为量子技术标准制定者,阿里达摩院“太章”超越谷歌!

    近日,美国著名科技杂志《连线》报道了阿里巴巴达摩院量子实验室的最新研究成果,认为Google年底实现 “量子霸权”的计划过于乐观。阿里巴巴发布的最新论文结果,可能会推迟谷歌的量子计算研究团队本已准备好庆祝派对了。(PS:“量子霸权”指量子计算机的计算能力超过传统计算机,实现相对于传统计算机的“霸权”。)

    量子技术竞争才开始,谷歌妄想成为标准制定者

    一直以来,大家都认为50个量子比特的量子计算机是实现量子霸权的“起步价”。2017年4月,谷歌公布其实现“量子霸权”的路线图,声称将利用49量子比特的模拟系统攻克传统计算机无法解出的难题。就在谷歌抛出49个量子比特的量子计算机实现量子霸权的说法后不久,IBM就称:“我们的研究表明,对于某些特定的量子应用,可能需要56位乃至更多量子比特才能实现量子霸权。”

    2017年11月,IBM宣布成功构建并测量了具有类似性能指标的50个量子比特原型机。50个量子比特被普遍认为可以进行普通超级计算机不能完成的任务,IBM此举也是在“量子霸权”(quantum supremacy)上具有里程碑意义的一步。并于18年2月底在旧金山举行的IBM’s inaugural Index 开发者大会上,该公司对外展示了50个量子比特原型机,更重要的是,原型机的内部结构图同时曝光。

    虽然谷歌曾表示要建立一个49量子比特的量子计算机来实现量子霸权,并称这是他们计算后的结果。但是在今年2月底IBM展示了50个量子比特原型机后,谷歌就在3月初推出72个量子比特的通用量子计算机Bristlecone,实现了1%的低错误率,与9个量子比特的量子计算机持平。这可能是为什么谷歌从2017年的“49”一下子跳跃到“72”的一个重要原因吧!谷歌认为使用Bristlecone可以实现量子霸权,超出这么多,应该能打消各种疑虑了。

    谷歌量子AI实验室研究科学家Julian Kelly在Google Research官博发文,介绍了经过同行评议的,谷歌的最新72位量子比特通用计算机。

    “我们刚开始测试,”Google的物理学家John Martinis说:“从目前我们所知道的情况来看,我们非常乐观。”Martinis说,如果一切运作良好,量子霸权可能会在几个月内实现。

    Google的Bristlecone芯片拥有超导电路制成的72个量子比特,是迄今为止最大的量子芯片,超过了IBM的50量子比特和英特尔的49量子比特。从45到46,看上去只是增加了一个比特,但在计算机模拟中,每增加一个量子比特,就需要将计算机的内存增加一倍。例如,模拟一个拥有45个量子比特的量子计算机,需要至少0.5 PB(约0.5×10^15 字节)的内存。随意要模拟一个72量子比特的计算机,就需要数百万倍的RAM(2^26(72-46)字节)。

    阿里达摩院才是未来的核心动力源!

    谷歌在量子比特位数和错误率上的亮眼表现,霎时将2018年的量子霸权竞赛赛点提前。不过时隔近两个月,阿里达摩院量子实验室宣布,研发出当前世界最强的量子电路模拟器“太章”,利用阿里计算平台的在线集群的少量计算资源 (14% 左右) ,成功模拟了81比特40层的谷歌随机量子电路。此前,达到这个层数的模拟只能处理49比特。

    目前业界主流的模拟方案有两类,第一类是存储量子状态的所有振幅,基本都在超级计算机上实现,因为存储 45 比特的量子状态需要 Petabyte 量级的内存,在存储这么多数据的同时对该量子态进行操作并进行计算,需要不断地在不同的计算节点之间交换数据,这样的通讯开销对于普通云服务是难以承受的。

    第二类是对于任意振幅都可以迅速计算得到结果,阿里巴巴实验室团队就是采用了第二类模拟方案,通过快速有效的计算任意振幅,任务拆分后可以将子任务十分均衡地分配到不同节点,极少的通信开销使得模拟器适配现在广泛提供服务的云计算平台。

    阿里巴巴的研究人员通过10000台服务器(每台有96个强大的处理器),并参考了谷歌发表的量子芯片计划,对其新芯片的运作模式做了模拟。模拟结果提醒人们,现有的计算机体系结构的能力,还远远没被发挥出来,并暗示谷歌新量子芯片能力还无法超出传统计算机的运算能力范围。

    阿里巴巴的施尧耘并不否认量子霸权的重要性,但他建议谷歌和其他量子计算研究人员应该更加冷静。他说:“对于设备物理学家来说,担心什么时候到达霸主地位就像是担心你的孩子什么时候会比你的狗更聪明一样,只要你专注照顾好他,事情就会发生,即便你不确定是在什么时候。”

    在阿里的这一研究成果出来前,全球尚未有研究团队可以用以上两种方案成功模拟谷歌超过 50 比特 40 层的第一代随机测试电路。此外,在达摩院量子实验室团队的模拟器内还可以每 2 分钟计算 64 比特 40 层随机电路的一个振幅。

    写在最后

    阿里在量子计算领域崛起迅速,阿里于2015年始关注量子计算,并进入该领域与中科院合作开设研究实验室。腾讯和百度也先后于2017年和2018年开始对量子计算的研究。今年2月,阿里提供了一种实验性11量子比特芯片,同时中科院量子信息与量子科技创新研究院与阿里云宣布,11 量子比特超导量子计算服务在量子计算云平台上线。而国家也将投入100亿美元建设一座新的国家量子实验室。

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