Google 的量子電腦(圖:KIM STALLKNECHT/REUTERS)

近日,金融時報(Financial Times)在美國太空總署(NASA)的技術報告伺服器上發現了一篇由 Google 研發人員發表的論文,內容表示其已成功達到量子霸權(quantum supremacy),這表示量子電腦的運算能力正式超越傳統電腦。後來,Google 將此論文發表於《自然》期刊(Nature),正式聲明其量子電腦 Sycamore 已達到量子霸權的里程碑。

隨機亂數產生

根據論文顯示,Google 的研究人員選擇以可程式化超導體量子位元(programmable superconducting qubits)來開發量子隨機亂數產生電路,並以此測試其與傳統電腦計算能力的差異。由於量子干涉的天性,其所產生的隨機字串的機率分佈與由光干涉雷射光產生的強度分佈相似,因此部分的隨機字串會較頻繁地出現。而若以傳統電腦來產生此種機率分佈的隨機字串,其時間複雜度會隨量子位元與量子邏輯閘循環數上升而呈指數型成長。在論文中,研究團隊表示該電路在 200 秒產生的隨機字串,全球最快的超級電腦要運算 10,000 年才能達到。

IBM 反駁

但 IBM 於其官方部落格上發表聲明表示,此亂數產生的任務,在理想的情況下,傳統電腦僅需 2.5 天便能完成,且能達到更高的準確性。IBM 補充,Google 聲明的 10,000 年,是因為在薛丁格模擬方法(Schrödinger-type simulation)中,要儲存完整的狀態向量(state vector)所需的記憶體(RAM)內存過高,而改以薛丁格-費曼模擬方法(Schrödinger-Feynman simulation)執行後,犧牲記憶體空間來換取時間而得到結果。

提出量子霸權概念的焦恩·普瑞斯基爾(John Preskill),對於量子霸權的定義是量子電腦能達成傳統電腦無法做到的事,因此 IBM 不認為 Google 已跨過此門檻,IBM 表示:「Google 的實驗代表了在超導體量子運算上的一大進展,但不能作為量子電腦正式超越傳統電腦的證明。」

未來發展

Google 在論文中表示,目前的亂數產生能用於提供可認證亂數,甚至是優化機器學習、或用於材料科學與化學部分研究上。但要達到秀爾演算法(Shor’s algorithm)此種大幅降低質因數分解時間複雜度,具極大應用價值的量子運算能力仍還相當遙遠。

參考資料:

  1. Tangermann, V. (2019, October 23). It’s official: Google claims to have achieved quantum supremacy. Futurism
  2. Arute, F., Arya, K., Babbush, R. et al. Quantum supremacy using a programmable superconducting processor. Nature574, 505–510 (2019) doi:10.1038/s41586-019-1666-5
  3. On “Quantum Supremacy”. (2019, October 24). IBM
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