自誕生之日起量子霸權成為無數(shù)研究人員圖打破的命題如今，哈佛大、加州大學伯利分校和以色希伯來大學的合團隊終于朝這個方向邁出實一步。實驗明，量子霸權不存在！量子權，這個詞已誕生了近 4 年了。2019 年，谷歌的物理學家宣布成用一臺 53 量子比特的機實現(xiàn)了量子霸，這是一個具重大象征的里碑。在 Nature 上發(fā)表的論文中稱，量子系統(tǒng)只用 200 秒完成一個計算，同樣的計算用時最強大的超計算機 Summit 執(zhí)行，需要約 10000 年。什么是量子霸權？謂「量子霸權，或者叫「量優(yōu)勢」（以下「量子霸權」是指，量子計機能完成的任超出了任何可經(jīng)典算法的范。這些任務即放在最先進的統(tǒng)超級計算機，計算時間之（往往是成千萬年）也會讓法失去實用意。有趣的是， 2019 年谷歌的成果中只說了實現(xiàn)了子霸權，沒有明在哪些具體例下，量子計機超過了經(jīng)典算機。這是一很難回答的問，因為目前量計算機受到錯頻發(fā)的困擾，些錯誤會累積破壞量子計算性能和穩(wěn)定。際上，與量子權的實現(xiàn)領域比，科學家更知道的是另一問題：隨著量計算機越來越，經(jīng)典算法是能夠跟上腳步德克薩斯大學斯汀分校的計機科學家 Scott Aaronson 說：「我們希望終量子一方會全拉開距離，底結束這場競?！勾蠖鄶?shù)研人員推測，答是否定的。即典算法總有一會徹底跟不上子計算的腳步但一直無法準全面地證明這點。要確定證這個推論，一途徑是找到量計算能夠獲得對于傳統(tǒng)計算持久優(yōu)勢」的件?，F(xiàn)在，這問題似乎有了步答案：省流量子計算是會生錯誤的，如糾錯跟不上，種錯誤就 會打破理想狀態(tài)下「量子霸權」讓經(jīng)典算法能跟得上量子算的腳步。最近在一篇 Arxiv 上發(fā)表的預印本論文中由哈佛大學、州大學伯克利校、以色列希來大學的聯(lián)合隊朝著證實這結論邁出了一步。他們證明，目標錯誤糾是隨機電路采中持久量子霸的必要條件，幾年前谷歌的究結論提供了撐。在目前的子糾錯水平下量子霸權實際是并不存在的再無量子霸權黃金地帶」研人員開發(fā)了一經(jīng)典算法，可模擬存在錯誤的隨機電路取實驗來證明這結論。從一個子比特陣列開，用被稱為「子門」的操作機操縱這些量比特。一些量門會使成對的子比特處于糾態(tài)，即意味著此共享一個量態(tài)，不能被單描述。在多層路中重復設置些量子門，可讓量子比特進更復雜的糾纏。左圖為理想態(tài)下的隨機電取樣，右圖為含干擾的隨機路取樣為了了這種量子態(tài)，究人員測量了列中的所有量比特。這個行會導致所有量比特的集體量態(tài)坍縮為一串機的普通比特即 0 和 1?？赡艿慕Y果量隨著陣列中量子比特數(shù)量增加而迅速增。在谷歌 2019 年的的實驗中，53 個量子比特下包近 10 萬億個結果。而且這種方法需要隨機電路中多重復測量，建一個關于結果概率分布圖。于量子霸權的題是，用一個使用任何糾纏經(jīng)典算法，來仿這種概率分，是否很難甚不可能？2019 年，谷歌研究人員就證明對于無誤差、會產(chǎn)生錯誤的子電路來說，個目標是困難。在沒有錯誤情況下，確實難用經(jīng)典算法擬一個隨機電采樣實驗。從算復雜度的角看，當量子比數(shù)量增加時，統(tǒng)分類算法的算復雜度是呈數(shù)增加的，而子算法是呈多式增加的。當 n 增加到足夠大時，一個在 n 中呈指數(shù)級的算法，要遠落后于任何在 n 中呈多項式的算法。當我談到一個對經(jīng)計算機來說很，但對量子計機來說很容易問題時，指的是這種區(qū)別。好的經(jīng)典算法要指數(shù)時間，量子計算機可在多項式時間解決問題。不，2019 年的那篇論文沒考慮不完善的子門造成錯誤影響，研究結實際上留了個子，也就是說沒有糾錯的隨電路采樣，是還能實現(xiàn)量子權？實際上，果考慮量子糾中產(chǎn)生的、可累積的錯誤，么用經(jīng)典算法擬隨機電路采實驗的難度就大大降低。而果經(jīng)典算法模的計算復雜度降低到與量子法相同的多項級別，量子霸就將不復存在這篇新論文表，假設保持電深度不變，比說很淺的 3 層，隨著量子特數(shù)量的增加不會有太多的子糾纏，輸出然可以進行經(jīng)模擬。另一方，如果增加電深度，跟上不增加的量子比數(shù)量，那么由子門錯誤累積效應將沖淡糾產(chǎn)生的復雜程，用經(jīng)典算法擬輸出仍然會得更加容易。這兩者之間有個「黃金地帶，即量子霸權以繼續(xù)存活的口，即傳統(tǒng)算模擬跟不上量糾纏的范圍。這篇論文發(fā)表前，即使隨著子比特數(shù)的增，當量子比特量達到某個中范圍時，量子權是仍然存在。在這種電路度下，即使輸會因量子算法誤而穩(wěn)定地退，但在每一步難以進行經(jīng)典法模擬。這篇論文把這個「金地帶」幾乎滅了。論文中導出一種模擬機電路采樣的典算法，并證了其運行時間運行相應量子驗所需時間的項式函數(shù)，而指數(shù)函數(shù)。這結果在隨機電采樣的經(jīng)典方和量子方法的度之間建立了密的理論聯(lián)系即宣告了在理上已經(jīng)實現(xiàn)的子霸權，在實上幾乎并不存。之所以說「乎」，是因為算法的基本假對某些較淺的路是無效的，下了一個未知「小缺口」。過，很少有研人員還對在這缺口中實現(xiàn)量霸權抱有希望連 2019 年谷歌那篇論的作者之一、加哥大學的計機科學家比爾費弗曼（Bill Fefferman）也表示：「我看這幾率相當小」可以這么說，照計算復雜性論的嚴格標準隨機電路采樣經(jīng)不會產(chǎn)生量霸權了。另外面對這個結論所有研究人員同意，量子糾對于量子計算長期成功將是么關鍵。Fefferman 說：「我們研到最后都發(fā)現(xiàn)量子糾錯才是決方案?！箙?資料：https://www.nature.com/articles/d41586-023-00017-0https://www.quantamagazine.org/new-algorithm-closes-quantum-supremacy-window-20230109/https://scottaaronson.blog/?p=6957本文來自微信公眾：新智元 （ID：AI_era）