作者:吴俊杰等 来源:《国家科学评论》 发布时间:2018/9/30 10:32:30
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研究人员寻找量子计算的“称霸标准”

从20世纪80年代费曼提出量子计算的概念开始,量子计算研究吸引了全球众多的科学家。当前从理论上,我们已经知道量子计算拥有经典计算无法比拟的超强计算能力,比如,能够轻松破译经典计算广泛使用的RSA密码。然而,在物理实验上,到目前为止,还没有任何一台量子装置在实际实验中展现出这种能力,也就是超过最快的经典计算机的能力。美国加州理工学院物理学家John Preskill为这种能力起名“量子霸权(quantum supremacy)”。实现量子霸权,将是量子计算发展的一座重要里程碑,代表超越经典的量子计算能力从理论走进实验,标志一个新的计算能力飞跃时代的开始。值得指出的是,因为并不要求用于展示量子霸权的问题具有任何实际用途,“实现量子霸权”距离“实现实际的量子计算机”尚有很大距离。

近年来,随着量子物理装置技术水平的快速发展,“实现量子霸权”似乎日益临近。因此,“称霸标准”就成为了量子计算领域最重要的科学问题之一。国防科技大学吴俊杰与上海交通大学金贤敏合作,最先开启了“称霸标准”的研究。最近,《国家科学评论》(National Science Review,NSR)以“A Benchmark Test of Boson Sampling on Tianhe-2 Supercomputer”为题正式发表了他们的研究成果(Natl Sci Rev 2018; doi: 10.1093/nsr/nwy079. https://doi.org/10.1093/nsr/nwy079;该文的预印版于2016年6月发表于arXiv, https://arxiv.org/abs/1606.05836),报道了玻色采样案例的“称霸标准”。

玻色采样问题是一种针对光子(玻色子)系统的量子霸权测试案例。理论上,玻色采样是经典计算难解而量子计算易解的。在该研究论文中,作者在天河2号超级计算机(当时正连续6次排名世界第一)上完成了玻色采样问题的核心难题——积和式的求解。实际测试的问题规模达到48个光子,并且作者推断出天河2号模拟50个光子的玻色采样需要约100分钟。也就说,一旦实际的量子物理装置实现了每组样本100分钟以内50光子的玻色采样,就在求解这个问题上超过了天河2号超级计算机,实现了量子霸权。

值得一提的是,近年来,另一个量子霸权测试案例——随机量子线路采样问题的研究也有了很大的进展。2016年7月,Google科学家在arXiv上发文,测试了Edison超级计算机(当时排名世界第39)求解随机线路采样问题的性能;次年3月,他们在Nature上发表评论文章,认为49个量子比特、深度为25的随机量子线路是这个案例的“称霸标准”,这掀起了前不久Google、IBM等的“量子霸权争夺战”。2017年10月,IBM科学家改进了模拟算法,将这个案例的“称霸标准”提升至56个量子比特;2018年2月,中科大的科学家再次改进算法,将门槛提升至72个量子比特。

“称霸标准”的研究成果表明,当前实现量子霸权仍绝非易事。英国布里斯托大学、伦敦帝国理工学院、意大利罗马大学等科学家相继发文,引用吴俊杰和金贤敏的研究成果,论证当前的技术水平离实现量子霸权依然存在不小的差距。量子计算的发展仍处于基础研究阶段,量子计算科学家仍然任重而道远!(来源:科学网)

 
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