谷歌的量子霸權算法,已經實現了其首次實際應用

谷歌正在使用其超級強大的算法。今年10月份,該公司宣佈他們已經實現了量子霸權:量子計算機可以完成經典計算機實際上無法完成的任務,通過算法可以完成驗證給定的一組數字是隨機分佈的任務。現在該算法正在實現其首次實際應用,用作隨機數生成器。

隨機性是計算機科學的重要資源,而量子隨機性是黃金標準,特別是如果數字可以進行來自量子計算機的自我檢查或者認證。這個算法的測試此前一直在進行中,谷歌計劃在可以提供可認證隨機數的原型中實施該算法。

谷歌的量子霸權算法,已經實現了其首次實際應用

現在來自谷歌公司的艾倫•何,12月12日在美國加利福尼亞舉行的Q2B會議上宣佈了這項新的應用。該應用使用原始算法在SyCAMOR量子計算機上運行,生成隨機的比特串。然後經典計算機將這些位轉換為隨機數。艾倫•何在演講中説,這一切都在200秒內發生。

德克薩斯大學奧斯汀分校的Scott Aaronson就該項目向谷歌進行了諮詢,他在參與此次Q2B會議的一個議題討論中説:"就其本身而言,這絕對令人印象深刻。雖然產生隨機比特的方法有很多很多"。

之後他又補充説:“但是如果您想向懷疑論者進行證明,比如在互聯網上説這些比特確實是隨機的……,除非您使用量子計算機,否則您不可能迅速做出回應並通過這項測試。”

谷歌的量子霸權算法,已經實現了其首次實際應用

最佳性能的經典計算機需要數十個小時來生成一串真正的隨機數。艾倫•何表示谷歌展示的速度提高了許多倍,這證明了量子隨機性。他説:“如果您知道量子算法能夠比最著名的經典算法更快地獲得這些隨機數,那麼這就是隨機性的保證”。

真正的隨機數生成可用於加密中。在這種加密中,大的隨機數用於確保數據的安全傳輸,或者其它一些較簡單的應用中。谷歌計劃在2020年的某個時推出一項服務,為客户提供量子計算機生成的隨機數。

谷歌今年10月23日在《自然》雜誌上宣佈了這一研究成果,量子霸權實驗是在一個名為“Sycamore”的完全可編程54量子位處理器上進行的。它由一個二維網格組成,其中每個量子位與其他四個量子位相連。因此,該芯片具有足夠的連接性,使得量子比特狀態可以在整個處理器中快速交互,從而使整個狀態無法在傳統計算機上有效地仿真模擬。

谷歌的量子霸權算法,已經實現了其首次實際應用

谷歌對於量子霸權實驗的成功,自我評價説主要是由於谷歌用增強的並行性改進了雙量子比特門,可靠地實現記錄性能,即便是在運行多個門的同時。他們可以使用一種新型的控制旋鈕來實現這種性能,這種旋鈕能夠關閉相鄰量子位元之間的交互,於是大大減少了這種多連接的量子位系統的誤差。通過優化芯片設計以降低串擾,以及開發新的避免量子位缺陷的新控制校準,進一步實現了性能的提高。

谷歌團隊未來的兩個主要目標都是聚焦於在量子計算中尋找有價值的應用。首先是能夠提供霸權級處理器提供給合作者和學術研究人員,以及有興趣開發NISQ處理器算法和搜索應用程序的公司。通過新的計算資源,谷歌希望更多的研究人員將進入這個領域,嘗試發明一些有用的東西。其次谷歌正在投資團隊和技術,以儘快構建容錯量子計算機,這種設備可以幫助實現許多有價值的應用,例如設計新材料、用於汽車和飛機的輕質電池,更有效的新型化肥催化劑。

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