自誕生之日起，量子霸權(quán)為了無數(shù)研究人員試圖打的命題。如今，哈佛大學(xué)加州大學(xué)伯克利分校和以列希伯來大學(xué)的聯(lián)合團隊于朝著這個方向邁出堅實步。實驗證明，量子霸權(quán)不存在！量子霸權(quán)，這個已經(jīng)誕生了近 4 年了。2019 年，谷歌的物理學(xué)家宣布成功用一臺 53 量子比特的機器實現(xiàn)了量子霸權(quán)，這是?魚個具有重象征的里程碑。在 Nature 上發(fā)表的論文中稱，該量子系統(tǒng)只用了 200 秒完成一個計算，而同樣的計算用當時最強大的級計算機 Summit 執(zhí)行，需要約 10000 年。什么是量子霸權(quán)？所謂「量子均國權(quán)」，或者叫量子優(yōu)勢」（以下稱「量霸權(quán)」）是指，量子計算能完成的任務(wù)超出了任何行經(jīng)典算法的范圍。這些務(wù)即使放在最先進的傳統(tǒng)級計算機上，計算時間之（往往是成千上萬年）也讓算法失去實用意義。有的是，在 2019 年谷歌的成果中，只說了實浮山量子霸權(quán)，沒有說明在哪具體實例下，量子計算機過了經(jīng)典計算機。這是一很難回答的問題，因為目量子計算機受到錯誤頻發(fā)困擾，這些錯誤會累積，壞量子計算的性能和穩(wěn)定實際上，與量子霸權(quán)的實領(lǐng)域相比，科學(xué)家更想知的是另一個問題：隨著量計算機越來越大，經(jīng)典算是否能夠跟上腳步。德克斯大學(xué)奧斯汀分校的計算科學(xué)家 Scott Aaronson 說：「我們希望最終量子一方會完全開距離，徹底結(jié)束這場競?！勾蠖鄶?shù)研究人員推測答案是否定的。即經(jīng)典算總有一天會徹底跟不上量計算的腳步，但一直無法確全面地證明這一點。要定證明這個推論，一個途是找到量子計算能夠獲得對于傳統(tǒng)計算「持久優(yōu)勢的條件?，F(xiàn)在，這個問題乎有了初步答案：省流：子計算是會產(chǎn)生錯誤的，果糾錯跟不上，這種錯誤 會打破理想狀態(tài)下的「量子霸權(quán)」思士讓經(jīng)典算法能跟得上量子算法的腳步。近，在一篇 Arxiv 上發(fā)表的預(yù)印本論文中，哈佛大學(xué)、加州大學(xué)伯克分校、以色列希伯來大學(xué)聯(lián)合團隊朝著證實這個結(jié)邁出了一大步。他們證明，目標錯誤糾正是隨機電采樣中持久量子霸權(quán)的必條件，為幾年前谷歌的研結(jié)論提供了支撐。在目前量子糾錯水平下，量子霸實際上是并不存在的。再量子霸權(quán)「黃金地帶」研人員開發(fā)了一種經(jīng)典算法可以模擬存在錯誤時的隨電路取樣實驗來證明這個論。從一個量子比特陣列始，用被稱為「量子門」操作隨機操縱這些量子比。一些量子門會使成對的子比特處于糾纏態(tài)，即意著彼此共享一個量子態(tài)，能被單獨描述。在多層電中重復(fù)設(shè)置這些量子門，以讓量子比特進入更復(fù)雜糾纏態(tài)。左圖為理想狀態(tài)的隨機電路取樣，右圖為含干擾的隨機電路取樣為了解這種量子態(tài)，研究人測量了陣列中的所有量子特。這個行為會導(dǎo)致所有子比特的集體量子態(tài)坍縮一串隨機的普通比特，即 0 和 1。可能的結(jié)果數(shù)量隨著陣列中的量擁有比特量的增加而迅速增長。在歌 2019 年的的實驗中，53 個量子比特下包含近 10 萬億個結(jié)果。而且，這種方法需要從隨電路中多次重復(fù)測量，建一個關(guān)于結(jié)果的概率分布。關(guān)于量子霸權(quán)的問題是用一個不使用任何糾纏的典算法，來模仿這種概率布，是否很難甚至不可能2019 年，谷歌研究人員就證明，對于無誤差、會產(chǎn)生錯誤的量子電路來，這個目標是困難的。在有錯誤的情況下，確實很用經(jīng)典算法模擬一個隨機路采樣實驗。從計算復(fù)雜的角度看，當量子比特數(shù)增加時，傳統(tǒng)分類算法的算復(fù)雜度是呈指數(shù)增加的而量子算法是呈多項式增的。當 n 增加到足夠大時，一個在 n 中呈指數(shù)級的算法，要遠遠落后于何在 n 中呈多項式的算法。當我們談到一個對經(jīng)計算機來說很難，但對量計算機來說很容易的問題，指的就是這種區(qū)別。最的經(jīng)典算法需要指數(shù)時間而量子計算機可以在多項時間內(nèi)解決問題。不過，2019 年的那篇論文沒有考慮不完駁的量子門造成誤的影響，研究結(jié)論實際留了個口子，也就是說，有糾錯的隨機電路采樣，否還能實現(xiàn)量子霸權(quán)？實上，如果考慮量子糾纏中生的、可以累積的錯誤，么用經(jīng)典算法模擬隨機電采樣實驗的難度就會大大低。而如果經(jīng)典算法模擬計算復(fù)雜度，降低到與量算法相同的多項式級別，子霸權(quán)就將不復(fù)存在。這新論文表明，假設(shè)保持電深度不變，比如說很淺的 3 層，隨著量子比特數(shù)量的增加，不會有太墨家的量糾纏，輸出仍然可以進行典模擬。另一方面，如果加電路深度，跟上不斷增的量子比特數(shù)量，那么由子門錯誤累積的效應(yīng)將沖糾纏產(chǎn)生的復(fù)雜程度，用典算法模擬輸出仍然會變更加容易。在這兩者之間一個「黃金地帶」，即量霸權(quán)得以繼續(xù)存活的窗口即傳統(tǒng)算法模擬跟不上量糾纏的范圍。在這篇論文表之前，即使隨著量子比數(shù)的增加，當量子比特數(shù)達到某個中間范圍時，量霸權(quán)是仍然存在的。在這電路深度下，即使輸出會量子算法錯誤而穩(wěn)定地退，但在每一步都難以進行典算法模擬。這篇新論文這個「黃金地帶」幾乎消了。論文中推導(dǎo)出一種模隨機電路采樣的經(jīng)典算法并證明了其運行時間是運相應(yīng)量子實驗所需時間的項式函數(shù)，而非指數(shù)函數(shù)這一結(jié)果在隨機電路采樣經(jīng)典方法和量子方法的速之間建立了緊密的理論聯(lián)，即宣告了在理論上已經(jīng)現(xiàn)的量子霸權(quán)，在實際上乎并不存在。之所以說「乎」，是因為新算法的基假設(shè)對某些較淺的電路是效的，留下了一個未知的小缺口」。不過，很少有究人員還對在這個缺口中現(xiàn)量子霸權(quán)抱有希望。連 2019 年谷歌那篇論文的作者之一、芝加少暤大學(xué)計算機科學(xué)家比爾?費弗（Bill Fefferman）也表示：「我看這個幾率相當小」?？梢赃@說，按照計算復(fù)雜性理論嚴格標準，隨機電路采樣經(jīng)不會產(chǎn)生量子霸權(quán)了。外，面對這個結(jié)論，所有究人員都同意，量子糾錯于量子計算的長期成功將多么關(guān)鍵。Fefferman 說：「我們研究到最后都發(fā)現(xiàn)道家量子糾錯才是決方案。」參考資料：https://www.nature.com/articles/d41586-023-00017-0https://www.quantamagazine.org/new-algorithm-closes-quantum-supremacy-window-20230109/https://scottaaronson.blog/?p=6957本文來自微信公眾號：新元 （ID：AI_era?