早在 2019 年，谷歌就自豪地宣布，他们已经实现了量子计算研究人员多年来一直寻求的目标：证明深奥技术可以超越传统技术。但这种“量子霸权”的展示正受到研究人员的挑战，他们声称在一台相对正常的超级计算机上领先于谷歌。
需要明确的是，没有人说谷歌撒谎或歪曲其工作——导致 2019 年宣布量子霸权的艰苦和开创性研究仍然非常重要。但如果这篇新论文是正确的，那么经典与量子计算的竞争仍然是任何人的游戏。
您可以在原始文章中阅读 Google 如何将量子从理论变为现实的完整故事，但这里是非常简短的版本。像 Sycamore 这样的量子计算机在任何方面都不比经典计算机好，除了一项任务可能例外：模拟量子计算机。
这听起来像是一种逃避，但量子霸权的意义在于通过找到一个高度具体和奇怪的任务来展示该方法的可行性，它甚至可以比最快的超级计算机做得更好。因为这让量子脚进入了扩展该任务库的大门。也许最终所有任务都会在量子上更快，但对于谷歌在 2019 年的目的，只有一个是，他们详细展示了如何以及为什么。
现在，由张潘领导的中国科学院的一个团队发表了一篇论文，描述了一种模拟量子计算机（特别是它发出的某些噪声模式）的新技术，该技术似乎只需要经典计算机估计时间的一小部分。计算将在 2019 年完成。
我不是量子计算专家，也不是统计物理学教授，我只能对 Zhang 等人的技术有一个大概的了解。用过的。他们将问题描述为一个大型 3D 张量网络，Sycamore 中的 53 个量子比特由节点网格表示，被挤压 20 次以表示 Sycamore 门在模拟过程中经历的 20 个周期。然后使用 512 个 GPU 的集群计算这些张量之间的数学关系（每个张量都有自己的一组相互关联的向量）。
张的论文中的插图显示了他们用来模拟 Sycamore 量子操作的 3D 张量阵列的可视化表示。图片来源： Pan Zhang 等人。
在谷歌的原始论文中，估计在当时可用的最强大的超级计算机（橡树岭国家实验室的峰会）上执行这种规模的模拟需要大约 10,000 年——尽管要清楚，这是他们对 54 个量子比特的估计25个周期； 53 个量子比特做 20 个的复杂程度要低得多，但根据他们的估计，仍然需要几年的时间。
张的团队声称在 15 小时内就完成了。如果他们能够使用像 Summit 这样的超级计算机，它可能会在几秒钟内完成——比 Sycamore 更快。他们的论文将发表在《物理评论快报》杂志上；你可以在这里阅读（PDF） 。
这些结果还没有经过那些了解这些事情的人的充分审查和复制，但没有理由认为这是某种错误或恶作剧。谷歌甚至承认，在确立霸权地位之前，接力棒可能会来回传递几次，因为在经典计算机及其软件不断改进的情况下，构建和编程量子计算机非常困难。 （量子世界中的其他人一开始就对他们的说法持怀疑态度，但有些人是直接竞争对手。）
谷歌提供了以下评论，承认这里取得的进展：
在我们 2019 年的论文中，我们说过经典算法会有所改进（事实上，谷歌在 2017 年发明了用于随机电路模拟的方法，以及在 2018 年和 2019 年用保真度换取计算成本的方法）——但关键是量子技术以指数级速度提高。因此，我们认为这种经典方法无法在 2022 年及以后跟上量子电路的步伐，尽管过去几年取得了显着进步。
正如马里兰大学量子科学家 Dominik Hangleiter 告诉《科学》杂志的那样，无论如何，这对谷歌来说都不是黑眼圈，也不是对量子的击倒：“谷歌的实验做了它应该做的事情，开始这场竞赛。”
谷歌很可能会用自己的新主张进行反击——它也没有停滞不前。但它甚至具有竞争力的事实对所有参与其中的人来说都是好消息。这是一个令人兴奋的计算领域，像谷歌和张的工作一样不断提高每个人的标准。