经典计算大战量子计算，一个动态的博弈过程

文/观察未来科技

《科学》新闻消息显示，近日，来自中国科学院理论物理研究所的科研团队使用传统超算解决了谷歌“悬铃木（Sycamore）”量子计算机用以论证“量子优越性”的示例问题。

一直以来，实现量子优越性都是量子计算的一座高峰，这同时也展现出了量子计算不可比拟的优势。经典计算机中的2位寄存器一次只能存储一个二进制数，而量子计算机中的2位量子比特寄存器可以同时保持所有4个状态的叠加。当量子比特的数量为n个时，量子处理器对n个量子位执行一个操作就相当于对经典位执行2n个操作，这使得量子计算机的处理速度大大提升。可以说，量子计算机最大的特点就是速度快。

2019年10月，谷歌公司在《Nature》期刊上宣布了使用54个量子位处理器Sycamore，实现了量子优越性。具体来说，Sycamore能够在200秒内完成规定操作，谷歌研究团队认为即使是当时美国最强大的超级计算机“顶峰（Summit）”也可能需要 10000 年才能完成。

不过，2021 年，中科院张潘团队又提出了一种“大头”张量网络算法，通过把量子线路所对应的张量网络拆分成头部张量网络和尾部张量网络，该算法只需要头部张量网络缩并一次就可以进一步计算尾部张量网络所对应的所有相关位串的振幅，大大简化了运算。研究者认为，依据此种算法，用传统计算机在更短时间内完成此任务已经不存在理论障碍。

近日，基于这套算法，他们使用 512 块 GPU 在 15 个小时内完成了此任务，且保真度更高于谷歌团队的结果。论文将发表于《物理评论快报》。

这也让我们看到，从计算的角度来看，量子计算和经典计算始终是个动态的过程，而量子优越性的实现也必将是一场持久战。

如果有一个特定的问题，量子计算需要一个小时，经典计算需要上亿年，量子计算优越性便得以实现，扩这证明，有些过程，经典计算是无法有效模拟的。从科学家对量子计算优越性的观点来看，有两个关键点，一是操纵的量子比特的数量，二是操纵的量子比特的精准度。只有当两个条件都达到的时候，才能实现量子计算的优越性。

另一方面，虽然人们操纵量子比特的数量和精准度在不断提高，但是经典计算的算法和硬件也在不断优化，超算工程的潜力更是不可小觑。比如，IBM就宣称，实现53比特、20深度的量子随机线路采样，经典模拟完全可以只用两天多时间，甚至还可以更好，也许未来何时，经典模拟在这个任务上就能超过谷歌团队的量子计算机。

不过，从长远来看，在世界范围内的布局和发展下，量子计算将极有可能彻底消除时间障碍，成本障碍也将随之降低，但在真正像传统计算机那样具有通用功能的通用量子计算机成型之前，量子计算也依然需要一段漫长的探索过程。