據《麻省理工技術(shù)評論》雜志報道，瑞士科學(xué)家近日宣布，將借助超級計算機，模擬擁有49個(gè)量子比特（qubit）的量子計算機。超過(guò)49個(gè)量子比特這一關(guān)鍵門(mén)檻，量子計算機就能獲得“量子霸權（quantum supremacy）”，擁有讓傳統計算機自愧弗如的強大能力。
上海交通大學(xué)物理與天文系教授金賢敏對科技日報記者解釋說(shuō)：“49并不是一個(gè)非常精確的數字。模擬49個(gè)左右的量子比特，大概是現有超級計算機的最大能力，每增加1個(gè)量子比特，相應地就需要將超級計算機的能力提升1倍，而這顯然很難。”
不過(guò)，科學(xué)家們取得的諸多突破表明，量子計算機超越傳統計算機，成為人類(lèi)強大的“左膀右臂”，這一天或許并不遙遠。
為了弄清量子計算機是否能很好地工作，科學(xué)家們必須在傳統計算機上對其進(jìn)行模擬，但此類(lèi)工作極具挑戰。
量子計算機擁有極為強大的計算能力，這種能力源于量子疊加。50個(gè)量子比特就能代表1016個(gè)數字，傳統計算機需要PB（1PB=1015字節）級內存來(lái)存儲那么多數據。而在傳統計算機上處理如此海量數據的困難更大，因為超級計算機由很多處理單元組成，管理這些節點(diǎn)進(jìn)出的數據流相當費時(shí)費力。
這就使能模擬的量子比特的數目少于49個(gè)。2010年，研究人員利用當時(shí)世界排名第五、德國尤里希研究中心的JuGene超級計算機模擬了42個(gè)量子比特的量子計算機。但近年來(lái)，這一方面取得的進(jìn)步并不大。
但現在，情況發(fā)生了變化，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的托馬斯·漢勒和達米安·斯泰格爾找到了降低成本和時(shí)間的方法。
他們使用目前排名世界第五、勞倫斯伯克利國家實(shí)驗室的科里Ⅱ（CoriⅡ）超級計算機，陸續模擬了30、36、42、45位量子計算機執行計算時(shí)的情況。科里Ⅱ擁有9304個(gè)計算節點(diǎn)，峰值運算性能為每秒可進(jìn)行2.91億億次浮點(diǎn)運算，搭配1PB內存。
在最大的一次量子模擬中，他們使用0.5PB內存和8192個(gè)節點(diǎn)，雖然節點(diǎn)間的溝通成本過(guò)大——耗費了總計算時(shí)間的75%，但獲得的每秒進(jìn)行0.428億億次浮點(diǎn)運算的計算能力，將量子模擬的速度提升了一個(gè)數量級。
他們還在勞倫斯伯克利國家實(shí)驗室另外一臺功能稍遜色的超級計算機愛(ài)迪生（Edison）上，對30、36位量子計算機進(jìn)行了模擬，表明新加速方法也適用其他超級計算機。
“量子霸權”是美國加州理工學(xué)院物理學(xué)家約翰·普瑞斯基爾發(fā)明的名詞，用來(lái)表示“在存儲和通信帶寬呈指數級增加后，量子計算機擁有傳統超級計算機所不具有的能力”，比如在化學(xué)和材料學(xué)里模擬分子的結構；處理密碼學(xué)、機器學(xué)習方面的一些問(wèn)題等。頂級超級計算機目前能完成擁有5到20個(gè)量子比特的量子計算機所做的事情，但超過(guò)49個(gè)左右量子比特后，量子計算機的能力讓超級計算機望塵莫及。
模擬45個(gè)量子比特的量子計算機給了兩位科學(xué)家極大的鼓舞，漢勒和斯泰格爾表示：“據我們所知，這創(chuàng )下了有史以來(lái)模擬量子比特數量最多的世界紀錄，這也說(shuō)明了模擬更多量子比特的可能性。”
據金賢敏介紹，其實(shí)，我國在用超級計算機模擬量子計算機方面表現也非常亮眼。2016年12月，他和國防科大楊學(xué)軍校長(cháng)、吳俊杰教授合作，用當時(shí)世界排名第一的“天河二號”，最高實(shí)現了50個(gè)光子的玻色采樣量子計算的模擬，使用了16000個(gè)節點(diǎn)。
另?yè)堵槭±砉ぜ夹g(shù)評論》雜志3月報道，谷歌量子計算機團隊負責人哈姆特·內文稱(chēng)，他們希望一年內建造出49個(gè)量子比特的系統。諸多跡象表明，“量子霸權”時(shí)代正悄然來(lái)臨。
不過(guò)，金賢敏強調說(shuō)：“用經(jīng)典超級計算機模擬量子計算機的目的，是為了厘清量子計算機要超越經(jīng)典計算機，實(shí)現量子霸權，應朝哪個(gè)方向努力。模擬成功也不等于49個(gè)量子比特的量子計算機就實(shí)現了。量子計算機和量子模擬前景光明，但道路漫長(cháng)而曲折。”
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