自誕生之日起量子霸權(quán)成為無數(shù)研究人員圖打破的命題如今，哈佛大、加州大學(xué)伯利分校和以色希伯來大學(xué)的合團(tuán)隊(duì)終于朝這個(gè)方向邁出實(shí)一步。實(shí)驗(yàn)明，量子霸權(quán)不存在！量子權(quán)，這個(gè)詞已誕生了近 4 年了。2019 年，谷歌的物理學(xué)家宣布成用一臺(tái) 53 量子比特的機(jī)實(shí)現(xiàn)了量子霸，這是一個(gè)具重大象征的里碑。在 Nature 上發(fā)表的論文中青蛇，量子系統(tǒng)只用 200 秒完成一個(gè)計(jì)算，同樣的計(jì)算用時(shí)最強(qiáng)大的超計(jì)算機(jī) Summit 執(zhí)行，需要約 10000 年。什么是量子霸權(quán)？謂「量子霸權(quán)，或者叫「量優(yōu)勢(shì)」（以下「量子霸權(quán)」是指，量子計(jì)機(jī)能完成的任超出了任何可經(jīng)典算法的范。這些任務(wù)即放在最先進(jìn)的統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)，計(jì)算時(shí)間之（往往是成千萬年）也會(huì)讓法失去實(shí)用意。有趣的是， 2019 年谷歌的成果中只說了實(shí)現(xiàn)了子霸權(quán)，沒有明在哪些具體例下，量子計(jì)機(jī)超過了經(jīng)典算機(jī)。這是一很難回答的問，因?yàn)槟壳傲?計(jì)算機(jī)受到錯(cuò)頻發(fā)的困擾，些錯(cuò)誤會(huì)累積破壞量子計(jì)算性能和穩(wěn)定。際上，與量子權(quán)的實(shí)現(xiàn)領(lǐng)域比，科學(xué)家更知道的是另一問題：隨著量計(jì)算機(jī)越來越，經(jīng)典算法是能夠跟上腳步德克薩斯大學(xué)斯汀分校的計(jì)機(jī)科學(xué)家 Scott Aaronson 說：「我們希望終量子一方會(huì)全拉開距離，底結(jié)束這場競?！勾蠖鄶?shù)研人員推測，答是否定的。即典算法總有一會(huì)徹底跟不上子計(jì)算的腳步但一直無法準(zhǔn)全面地證明這點(diǎn)。要確定證這個(gè)推論，一途徑是找到量計(jì)算能夠獲得對(duì)于傳統(tǒng)計(jì)算持久優(yōu)勢(shì)」的件?，F(xiàn)在，這問題似乎有了步答案：省流量子計(jì)算是會(huì)生錯(cuò)誤的，如糾錯(cuò)跟不上，種錯(cuò)誤就 會(huì)打破理想狀態(tài)下「量子霸權(quán)」讓經(jīng)典算法能跟得上量子算的腳步。最近在一篇 Arxiv 上發(fā)表的預(yù)印本論文中由哈佛大學(xué)、州大學(xué)伯克利校、以色列希來大學(xué)的聯(lián)合隊(duì)朝著證實(shí)這結(jié)論邁出了一步。他們證明，目標(biāo)錯(cuò)誤糾是隨機(jī)電路采中持久量子霸的必要條件，幾年前谷歌的究結(jié)論提供了撐。在目前的子糾錯(cuò)水平下量子霸權(quán)實(shí)際是并不存在的再無量子霸權(quán)黃金地帶」研人員開發(fā)了一經(jīng)典算法，可模擬存在錯(cuò)誤的隨機(jī)電路取實(shí)驗(yàn)來證明這結(jié)論。從一個(gè)子比特陣列開，用被稱為「子門」的操作機(jī)操縱這些量比特。一些量門會(huì)使成對(duì)的子比特處于糾態(tài)，即意味著此共享一個(gè)量態(tài)，不能被單描述。在多層路中重復(fù)設(shè)置些量子門，可讓量子比特進(jìn)更復(fù)雜的糾纏。左圖為理想態(tài)下的隨機(jī)電取樣，右圖為含干擾的隨機(jī)路取樣為了了這種量子態(tài)，究人員測量了列中的所有量比特。這個(gè)行會(huì)導(dǎo)致所有量比特的集體量態(tài)坍縮為一串機(jī)的普通比特即 0 和 1?？赡艿慕Y(jié)果量隨著陣列中量子比特?cái)?shù)量增加而迅速增。在谷歌 2019 年的的實(shí)驗(yàn)中，53 個(gè)量子比特下包近 10 萬億個(gè)結(jié)果。而且這種方法需要隨機(jī)電路中多重復(fù)測量，建一個(gè)關(guān)于結(jié)果概率分布圖。于量子霸權(quán)的題是，用一個(gè)使用任何糾纏經(jīng)典算法，來仿這種概率分，是否很難甚不可能？2019 年，谷歌研究人員就證明對(duì)于無誤差、會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的子電路來說，個(gè)目標(biāo)是困難。在沒有錯(cuò)誤情況下，確實(shí)難用經(jīng)典算法擬一個(gè)隨機(jī)電采樣實(shí)驗(yàn)。從算復(fù)雜度的角看，當(dāng)量子比數(shù)量增加時(shí)，統(tǒng)分類算法的算復(fù)雜度是呈數(shù)增加的，而子算法是呈多式增加的。當(dāng) n 增加到足夠大時(shí)，一個(gè)在 n 中呈指數(shù)級(jí)的算黑狐，要遠(yuǎn)落后于任何在 n 中呈多項(xiàng)式的算法。當(dāng)我談到一個(gè)對(duì)經(jīng)計(jì)算機(jī)來說很，但對(duì)量子計(jì)機(jī)來說很容易問題時(shí)，指的是這種區(qū)別。好的經(jīng)典算法要指數(shù)時(shí)間，量子計(jì)算機(jī)可在多項(xiàng)式時(shí)間解決問題。不，2019 年的那篇論文沒考慮不完善的子門造成錯(cuò)誤影響，研究結(jié)實(shí)際上留了個(gè)子，也就是說沒有糾錯(cuò)的隨電路采樣，是還能實(shí)現(xiàn)量子權(quán)？實(shí)際上，果考慮量子糾中產(chǎn)生的、可累積的錯(cuò)誤，么用經(jīng)典算法擬隨機(jī)電路采實(shí)驗(yàn)的難度就大大降低。而果經(jīng)典算法模的計(jì)算復(fù)雜度降低到與量子法相同的多項(xiàng)級(jí)別，量子霸就將不復(fù)存在這篇新論文表，假設(shè)保持電深度不變，比說很淺的 3 層，隨著量子特?cái)?shù)量的增加不會(huì)有太多的子糾纏，輸出然可以進(jìn)行經(jīng)模擬。另一方，如果增加電深度，跟上不增加的量子比數(shù)量，那么由子門錯(cuò)誤累積效應(yīng)將沖淡糾產(chǎn)生的復(fù)雜程，用經(jīng)典算法擬輸出仍然會(huì)得更加容易。這兩者之間有個(gè)「黃金地帶，即量子霸權(quán)以繼續(xù)存活的口，即傳統(tǒng)算模擬跟不上量糾纏的范圍。這篇論文發(fā)表前，即使隨著子比特?cái)?shù)的增，當(dāng)量子比特量達(dá)到某個(gè)中范圍時(shí)，量子權(quán)是仍然存在。在這種電路度下，即使輸會(huì)因量子算法誤而穩(wěn)定地退，但在每一步難以進(jìn)行經(jīng)典法模擬。這篇論文把這個(gè)「金地帶」幾乎滅了。論文中導(dǎo)出一種模擬機(jī)電路采樣的典算法，并證了其運(yùn)行時(shí)間運(yùn)行相應(yīng)量子驗(yàn)所需時(shí)間的項(xiàng)式函數(shù)，而指數(shù)函數(shù)。這結(jié)果在隨機(jī)電采樣的經(jīng)典方和量子方法的度之間建立了密的理論聯(lián)系即宣告了在理上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的子霸權(quán)，在實(shí)上幾乎并不存。之所以說「乎」，是因?yàn)?算法的基本假對(duì)某些較淺的路是無效的，下了一個(gè)未知「小缺口」。過，很少有研人員還對(duì)在這缺口中實(shí)現(xiàn)量霸權(quán)抱有希望連 2019 年谷歌那篇論的作者之一、加哥大學(xué)的計(jì)機(jī)科學(xué)家比爾費(fèi)弗曼（Bill Fefferman）也表示：「我看六韜幾率相當(dāng)小」可以這么說，照計(jì)算復(fù)雜性論的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)隨機(jī)電路采樣經(jīng)不會(huì)產(chǎn)生量霸權(quán)了。另外面對(duì)這個(gè)結(jié)論所有研究人員同意，量子糾對(duì)于量子計(jì)算長期成功將是么關(guān)鍵。Fefferman 說：「我們研到最后都發(fā)現(xiàn)量子糾錯(cuò)才是決方案?！箙?資料：https://www.nature.com/articles/d41586-023-00017-0https://www.quantamagazine.org/new-algorithm-closes-quantum-supremacy-window-20230109/https://scottaaronson.blog/?p=6957本文來自微信公曾子：新智元 （ID：AI_era）