IBM驳斥谷歌，量子霸权VS量子优势，量子计算离我们还有多远( 三 ) _小知识

【IBM驳斥谷歌，量子霸权VS量子优势，量子计算离我们还有多远】注释 [1]：最早Kitaev的方式是环面码，后来发现环面几何布局不是必需的，于是Bravyi和Kitaev进一步成长为概况码， Freedman和Meyer也给出了一种平面码并证实这两种码是同构的。

文章插图

概况编码，量子比特像棋盘一样矩阵摆列。黑色圆点是存储了信息的量子比特，蓝色圆点和红色圆点则是从属的用于纠错的量子比特，别离用于探测比特翻转错误和相位翻转错误。这种编码形式只需要近邻耦合（图中的绿色菱形块）| 图片来历：Building logical qubits in a superconducting quantum computing system, npj Quantum Information, DOI: 10.1038/s41534-016-0004-0
3.量子霸权：展示量子计较的潜力
回到量子霸权。 Google采用了一种随机量子电路来展示量子计较的潜力。所谓随机量子电路，就是在一个量子门的调集中随机遴选一系列的门，感化在随机遴选的量子比特上（对于两比特门，则随机与它四个近邻的比特之间进行），最终的输出是2^53维的态空间上的一个随机取样（这个说法很绕，说白了就是我不管输出成果是什么，总之是那么多种可能状况的此中一种）。
Google团队最多做到53个量子比特， 1113个单比特门， 430个双比特门，整个算法的周期数[2]最大到m=20 。作为对比， Google在德国于利希研究中间超算、今朝宿世界上排名第一的超算Summit ，以及Google云计较办事器长进行了模拟。当m=20时，因为内存不足，计较机已经无法模拟。当m=14时，进行三百万次采样，保真度达到1%需要的运行时候测算下来为1年。当m=20 ，达到0.1%保真度所需要的运行时候估量要达到1万年！更令人受惊的数据是，做这个运算需要50万亿核时，需耗损1千兆度的电力（我想这还没计入给计较机散热的空挪用电）！把整个Google卖失落才有望完当作一次这样的计较。
注释 [2]：为了切确地执行量子算法，我们将量子门操作限制在一个个固按时长的时候段内，每个时候段就称之为一个周期cycle 。

文章插图

Summit超等计较机。峰值计较能力高达200 petaflops ，比太湖之光的93超出跨越两倍以上 | 图片来历：Micah Singleton/The Verge
值得注重的是，量子计较机的运算能力是双指数加快的，这就是所谓的内订婚律（Hartmut Neven是Google量子AI的头，这个定律是以他的名字定名的）。量子比特数与算法深度（指可以或许有用执行的门操作层数，算法深度与错误率当作反比）将随时候指数增加，而量子计较能力又随之指数增加（第一个指数近似于摩尔定律，是手艺成长的速度，而第二个指数是相对于经典计较而言的，量子系统供给的态空间维度随比特数呈指数增加，因而其构成的纠缠系统复杂度也将呈指数增加，带来的计较潜能也随之指数增加）。这将是一个无比可骇的增速！以这种增速成长的话，经典计较机显然是瞠乎其后的。
另一个需要注重的处所是：Google用来演示量子霸权的算法是毫无意义的，它不解决，也压根不筹算解决任何问题。它的目标是为了展示量子计较的潜力。我们需要连结清醒的是，量子霸权演示顶用到的仍是有噪声的物理比特，距离用于解决真正意义上的计较问题还有很长的路要走。