1994年，麻省理工學(xué)院(MIT)的應(yīng)用數(shù)學(xué)教授Peter Shor開發(fā)了一個突破性的量子計算機(jī)算法，能夠使用量子計算機(jī)進(jìn)行因式分解。
Shor的這個算法證明了量子計算機(jī)的潛力，盡管它只是那巨大潛力的驚鴻一瞥。使用量子比特(qubit)替代傳統(tǒng)比特后，量子計算機(jī)在理論上應(yīng)該比現(xiàn)在的傳統(tǒng)計算機(jī)快上許多許多。但是為了證明這一點，研究人員花費(fèi)了數(shù)十年的時間。
而即便過了這么久，他們還是沒能證明量子計算總是能夠在這種應(yīng)用中比傳統(tǒng)計算更快，或者說對于傳統(tǒng)的計算機(jī)系統(tǒng)，我們能不能找到一個足夠健壯的算法，讓運(yùn)算速度超過量子計算。
就在研究人員百思不得其解的時候，IBM發(fā)現(xiàn)了點兒新東西。
IBM的研究員Sergey Bravyi、David Gosset和Robert K?nig在他們合著的一篇題為《淺電路下的量子計算優(yōu)勢(Quantum advantage with shallow circuits)》的論文中提到：
“我們證明了，與經(jīng)典計算機(jī)相比，運(yùn)行量子并行算法的計算機(jī)在固定的時間段內(nèi)總是更加強(qiáng);可以證明，在解決二元二次形式的線性代數(shù)問題時，量子計算表現(xiàn)更佳。”
“我們的成果給出了量子計算優(yōu)勢的無條件證明，同時指出了這種優(yōu)勢的來源：它是量子非定域性的結(jié)果。我們所提出的量子算法是在不遠(yuǎn)的將來可能出現(xiàn)的實用量子計算機(jī)算法的合適候選，因為這種算法只要求二維量子比特網(wǎng)絡(luò)中最近的邏輯門具有恒定深度的量子電路。(constant-depth quantum circuits with nearest-neighbor gates on a two-dimensional grid of qubits)”
該團(tuán)隊發(fā)表的這篇論文證明了，不管輸入的數(shù)據(jù)增加多少，量子算法總能夠在固定的步數(shù)內(nèi)解決問題。這和傳統(tǒng)計算機(jī)形成了鮮明的對比，后者的算法隨著輸入數(shù)據(jù)的增加，計算的步數(shù)也會增長。
“這篇文章的重點不在于我們發(fā)現(xiàn)了某個非常重要的量子算法，或者發(fā)現(xiàn)了什么有實際意義，或者有意思的問題。”Bravyi解釋道，“我們是在嘗試看看能不能將量子算法和傳統(tǒng)算法的深度區(qū)別開。隨著我們不斷增大問題的規(guī)模，量子算法解決問題所消耗的時間總是固定的，即便總的操作數(shù)是在增長的。”
簡而言之，量子計算機(jī)在運(yùn)算的時候只需要固定的步數(shù)，不管輸入的數(shù)據(jù)怎么增加都是一樣。就是這點讓量子計算機(jī)與傳統(tǒng)計算機(jī)相比更快。因為需要解決的問題越復(fù)雜，量子計算就越有效率。
研究人員可以根據(jù)這個結(jié)論為量子計算機(jī)開發(fā)算法，也能應(yīng)用于傳統(tǒng)-量子混合計算系統(tǒng)。
“這樣我們就能更深入地討論我們之前做過或者只是能做的那些事兒了。我們能開始真正的開始分配人員，做決策開始創(chuàng)造量子計算機(jī)，并且為這些新東西寫算法和軟件了。”
IBM證明了量子計算機(jī)的的確確要比傳統(tǒng)計算機(jī)更快，在通向“量子霸權(quán)”(即量子計算機(jī)可以執(zhí)行的任務(wù)超出了傳統(tǒng)計算機(jī)的能力)的路上樹了一個里程碑。
IBM和其他科技巨頭，比如Google、微軟、英特爾和其他公司，已經(jīng)準(zhǔn)備好展開一場實現(xiàn)量子霸權(quán)的競賽了。量子計算機(jī)的底層硬件還需要進(jìn)一步發(fā)展，變得更加強(qiáng)大。另外，量子比特也還不完美，因為它還有很小幾率出現(xiàn)錯誤，而且只能存在一定時間，之后就會變得混亂。
而且，研究人員的這個證明也不能解決現(xiàn)有的任何實際問題。與此相反，“這個證明讓我們更深刻地理解了量子計算機(jī)的強(qiáng)大之處，”研究人員接著說到。“希望在未來它能引領(lǐng)我們找到更加實用、更加有效的算法。”
直到把量子計算機(jī)的問題解決了，我們才真正能夠證明量子計算機(jī)可以比地球上的任何超級計算機(jī)都更快速地解決問題……
本文譯自 Eyers，由譯者 Freez Sun 基于創(chuàng)作共用協(xié)議(BY-NC)發(fā)布。
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