打破谷歌量子霸权!经典计算机扳回一城 2024-07-29 10:46:38 光子盒研究院出品也许量子霸权或量子优越性并没有我们想象的那样强大。在3月4日的arXiv论文上,两位中国研究人员利用经典器件就实现了对谷歌量子优越性的超越。至此,潘建伟、陆朝阳团队的九章是目前唯一实现量子优越性的机器。2019年10月,谷歌的论文称他们的Sycamore量子处理器在200秒内完成了一项任务,估计在Summit超级计算机上需要10000年。但IBM后来提供了一篇论文分析,指出使用不同的体系结构,即使用RAM和硬盘空间来存储和操作状态向量,一台高性能的经典计算机可以在2.5天内完成这项工作。此前,阿里巴巴采用了一种叫张量网络(tensor network)的经典模拟方法已经将谷歌的优势从10000年缩短为20天。现在,来自中国科学院的Feng Pan和Pan Zhang继续采用张量网络方法,虽然计算时间仍需5天,但保真度远高于谷歌的结果。中国科学院的张潘及其博士生潘峰使用60个英伟达GPU组成的小型计算集群在5天的时间内完成了谷歌的量子优越性实验。他们从具有53个量子比特和20个周期的Sycamore电路中生成了100万个固定条目的相关位串,线性交叉熵基准保真度(FXEB)为0.739,远高于谷歌的结果。论文称,基本上有两种方法来模拟量子电路。第一种方法存储和演化全量子态向量ψ,称为薛定谔方法。基于这种方法,Google估计在Summit超级计算机上模拟20个周期的 Sycamore电路需要10000年的运行时间。第二种方法,不是将所有2n个位串概率存储在内存中,而是基于张量网络计算一个或一小部分位串概率。中国研究团队采用的就是这种方法。他们提出了一种big-head张量网络方法,来计算量子电路的大量位串概率。与谷歌的方法相比,他们的方法能够输出任何位串的确切幅度和概率,而且产生的噪声更少。他们还能计算条件概率并相应地进行采样,这对谷歌的量子电路硬件来说是困难的。对应于量子电路的准三维张量网络的图示。最左边的一层表示初始状态,最右边的一层表示结束状态,其中蓝色圆圈表示测量的(封闭的)量子比特,它固定了最终位串s中的条目,而红色圆圈表示开放的量子比特,其中s中的相应条目可以变化。黄色平面C切入张量网络,并将网络分成两部分,Ghead和Gtail,如左下角。Ghead包含所有封闭的量子比特,Gtail包含所有开放的量子比特。Ghead和Gtail进一步被分为两个子图,直到子图的大小小于60。右下角显示Ghead和Gtail之间的瓶颈(bottleneck),由C给出。谷歌量子优越性实验的目标是获得大量采样,实现足够高的FXEB用于具有足够深度的Sycamore电路,从而使经典计算难以处理该任务。现在,中国研究团队已经在XEB保真度方面超越了谷歌。FXEB计算公式如下: 其中,L是位串的数量,PU(si)是电路U中位串的概率,这需要精确计算振幅。当采样由波特-托马斯分布生成时,FXEB=1。如果从随机均匀分布中对位串进行采样,则FXEB=0。在谷歌的量子优越性实验中,他们实现了FXEB=0.002。而在最新的工作中,在不失一般性的情况下,他们将32个条目固定为s1=0,0,0,····,0,并列举了位串中其他21个条目的所有可能组合。这就产生了221个相关位串的集合。由于为所有221个位串分配了相等的权重,所以位串的分布可以被视为均匀分布Pgen(s1;s2) = 2−21,给定FXEB应该依赖的其余32个条目s1的赋值。他们绘制了获得的221个比特串的直方图,其中可以看到获得的分布非常接近波特-托马斯分布。左图中红线代表波特-托马斯分布,所有位串的FXEB=-0.000926;右图为从按概率排序的总共221个位串中后选择的位串集合计算的FXEB。通过选择具有最高概率的位串,他们得到FXEB=0.739的106位串(bitstrings),远高于谷歌的结果。53个量子比特20个周期Sycamore电路不同方法计算量的比较。中国研究团队通过在60个GPU上运行张量网络算法,在线性交叉熵基准保真度方面超越了谷歌的实验,使得谷歌的量子优越性已经不复存在。因为量子优越性必须全方位超越经典计算机,而不是仅在某一方面领先。然而,全量子方法仍然有显著的优势,因为谷歌在200秒内提供了答案,而不是5天。该论文作者也承认,“我们的实验也反映出谷歌硬件相比我们的几个优势”,“最重要的一点是,谷歌硬件在对具有足够深度的量子电路进行采样方面要快得多,而我们的算法具有指数复杂性,因此在深度和量子比特数量上都不可扩展。”因此,如果谷歌能够用更多的量子比特或更高的级别重新运行他们的实验,那么GPU实现的成本和运行时间将很快使这种方法变得难以处理。但最新的实验目的不在于赶超量子计算机。研究人员表示,他们希望研究这种新开发的张量网络模拟方法的使用,将经典计算和NISQ量子计算相结合,以解决具有挑战性的现实世界问题。论文链接:https://arxiv.org/pdf/2103.03074.pdf 赞 (0) 相关推荐 超越谷歌,半导体双量子比特保真度达99.99% 编 辑:Sakura 审 校:Anran Wang 最新报道,澳大利亚初创公司硅量子计算(SQC)实现了硅原子双量子比特99.99%的超高保真度,打破了当前公布的谷歌Sycamore 最大99 ... [首藏作品](5917)它只用了200秒 就完成了超算6亿年的计算量 它只用了200秒 就完成了超算6亿年的计算量◎本报记者 陆成宽黑科技2020年12月4日,<科学>杂志公布中国"九章"计算机重大突破.这台由中国科学技术大学潘建伟.陆朝 ... 远距离高保真量子隐形传态实现!向建立量子互联网迈出重要一步 ◎ 科技日报记者 冯卫东 据<PRX量子>报道,美国研究团队利用现有材料和最先进的量子装置,搭建了两个测试台,首次在44公里的远距离内实现了保真度大于90%的量子隐形传态.此研究是建立未来 ... 中科大在任意子光量子模拟中取得重要进展 保真度93.4% 2021年08月11日 07:37:54 来源:IT之家 IT之家 8月11日消息 根据中国科学技术大学消息,该校郭光灿院士团队在光量子模拟和拓扑量子计算研究中取得重要进展.该团队李传锋.韩永建.许金 ... 陈根:远距离量子纠缠纯化,效率提升6000倍 文/陈根 以量子信息科学为代表的量子科技不断进步,形成了新的科学前沿.其中,量子网络被认为具有广阔的应用前景,因而成为量子信息领域最重要的长远目标之一. 量子网络的发展可以粗略地分为量子密钥网络.量子 ... 阿里发文否定谷歌量子霸权10000年优势,20天即可 近日,阿里巴巴量子计算团队在arxiv.org更新一篇论文<Classical Simulation of Quantum Supremacy Circuits>[1],否定了谷歌2019 ... IBM挑战谷歌“量子优越性”的最新成果【经济学人精讲】第446期 文章导读 本文选自<经济学人>11月2日文章.2019年10月23日或许将是人类史上值得纪念的日子,但也可能不是.在这一天,谷歌正式在<Nature>上发表了他们关于验证&qu ... 【科技早报7点整】IBM科学家驳斥谷歌量子霸权 扎克伯格称中国试图干预美大选…… 早上好,科技圈 [一度蜜科技早报]第621期 1.51信用卡创始人致歉,称7月已终止催收外包 10月22日早间,51信用卡创始人孙海涛发声致歉,表示公司遭警方调查的风波是因为管理上的不完善,并表示在 ... 我们如何缩小与谷歌们的差距?谷歌量子霸权 今天我们聊聊最近热门的话题--量子霸权.我测试了下最新版的GET智能写作,新版的GET智能写作会上线一个帮助我们梳理文章提纲的功能,写作缺思路真的不要紧,会用工具就行,几分钟就可以整理完提纲~~ 这是 ... 深度导读|谷歌前“量子之父”人物因“量子霸权”贡献获第七届贝尔奖 导读: 第七届两年一度的贝尔奖 (John Stewart Bell Prize) 颁发,以表彰在量子力学基本问题及其应用研究方面做出特殊贡献的科学家[1]. 此次奖授予John Mart ... 量客江湖|谷歌前“量子霸权”之父和他究竟为何从谷歌辞职 - 感谢阅读 - 「量客江湖」属量子客的专栏内容,该专栏汇集了量子领域国内外学术与产业界的英雄人物,以平实的视角,简易地描绘,来感知量子科技的前沿思想,并倾听开拓未来者的心声. 量子客将持续收集人物专 ... AI动态周刊(1106-1112)——谷歌宣布实现“量子霸权”,各国争相发展量子计算 作者:黄波.莫祯贞.班智飞.史映雪.姜珏鹂. AI动态周刊 (2019年11月12日,总第38期) [热点评述] 下一代计算:量子计算 2019年10月23日,谷歌宣布实现了量子霸权,在<Nat ... 专访《硅谷百年史》作者皮埃罗:谷歌还谈不上实现量子霸权 雷帝网 雷建平 10月28日报道 最近,国外科技行业非常热闹,一方面是谷歌宣布实现"量子霸权",200秒完成经典计算机1万年的任务,另一方面是,Bosstown Dynamics发 ... Q快讯 | 量子角逐,来年初谷歌欲夺量子霸权“圣杯”,以色列官宣不示弱 总部位于加利福尼亚州山景城的公司的研究人员认为,他们的设备可以在一秒内计算出超级计算机在一天内可处理的相同数据量. 2013年1月3日的这张照片显示了Google位于加利福尼亚州山景城的总部.(美联社 ... Q快讯 | 谷歌邀请NASA帮助他们在几个月内证实量子霸权 来源:麻省理工科技快报 该公司将在明年年初将其Bristlecone量子处理器与经典的超级计算机相媲美,看看哪一款出现在最前面.(2018上半年Bristlecone测试了72位的量子芯片) 根据麻省 ...