谷歌披露量子计算机新突破

谷歌披露量子计算机新突破

谷歌科学家近日在 ArXiv 平台上发布预印本论文，表示在量子计算机方面取得重大突破，可以在几秒内完成了一台经典超级计算机需要 47 年才能完成的计算任务。

谷歌于 2019 年推出了 53 量子位的 Sycamore 处理器，而本次实验进一步升级了 Sycamore 处理器，已提升达到 70 个量子位。

谷歌表示升级 Sycamore 处理器之后，虽然受到相干时间等其它因素的影响，其性能是此前版本的 2.41 亿倍。

在实验中，科学家们执行了随机电路采样任务。在量子计算中，这涉及通过运行随机电路和分析结果输出来测试量子计算机的性能，以评估其在解决复杂问题方面的能力和效率。

谷歌表示业内最先进的超级计算机 Frontier 需要 47.2 年才能计算完成的任务，53 个量子位的 Sycamore 处理器只需要 6.18 秒就能完成，而新版 70 个量子位的 Sycamore 处理器速度更快。

什么是量子计算机

量子计算机是一种新型的计算机，它使用量子物理学原理来实现计算。它利用量子位(qubit)来模拟和存储信息，量子位可以同时处于多重状态，这使得量子计算机可以在一次操作中同时处理大量的信息，实现高速的计算。量子计算机可以解决传统计算机不能解决的复杂问题，如非线性优化问题，统计物理量子化学计算等，并可以大幅提高计算效率。

量子计算机具有什么能力

1. 超快速的信息处理：量子计算机可以在几纳秒的时间内完成大量的数学计算，传统计算机则需要几秒钟的时间。

2. 高级算法：量子计算机可以使用更复杂的算法，从而更准确的预测和解决问题。

3. 大规模并行处理：量子计算机可以同时处理大量的数据，比传统计算机更有效率。

4. 可扩展性：量子计算机可以动态地扩展，以适应不断变化的应用需求。

量子计算机与普通计算机的区别

量子计算机和普通计算机的最大区别在于它们的计算方式不同。普通计算机使用二进制系统进行计算，只能处理一个结果，也就是0和1，而量子计算机则可以同时处理多个结果。它利用量子力学的原理，能够同时处理多个状态，也就是量子比特(qubits)，它们可以同时存储0、1和其他状态，而不受物理状态的限制。这样一来，量子计算机可以比普通计算机更快地进行计算，对于复杂的计算任务，量子计算机可以比普通计算机更快地完成。量子计算机的应用在于复杂的优化问题和安全性问题，而普通计算机的应用主要集中在数据处理、逻辑运算等方面。

量子计算机原理

普通的数字计算机在0和1的二进制系统上运行，称为“比特”(bit)。但量子计算机要远远更为强大。它们可以在量子比特(qubit)上运算，可以计算0和1之间的数值。假想一个放置在磁场中的原子，它像陀螺一样旋转，于是它的旋转轴可以不是向上指就是向下指。

常识告诉我们：原子的旋转可能向上也可能向下，但不可能同时都进行。但在量子的奇异世界中，原子被描述为两种状态的总和，一个向上转的原子和一个向下转的原子的总和。在量子的奇妙世界中，每一种物体都被使用所有不可思议状态的总和来描述。

想象一串原子排列在一个磁场中，以相同的方式旋转。如果一束激光照射在这串原子上方，激光束会跃下这组原子，迅速翻转一些原子的旋转轴。通过测量进入的和离开的激光束的差异，我们已经完成了一次复杂的量子“计算”，涉及了许多自旋的快速移动。

从数学抽象上看，量子计算机执行以集合为基本运算单元的计算，普通计算机执行以元素为基本运算单元的计算(如果集合中只有一个元素，量子计算与经典计算没有区别)。

以函数y=f(x)，x∈A为例。量子计算的输入参数是定义域A，一步到位得到输出值域B，即B=f(A);经典计算的输入参数是x，得到输出值y，要多次计算才能得到值域B，即y=f(x)，x∈A，y∈B。

量子计算机有一个待解决的问题，即输出值域B只能随机取出一个有效值y。虽然通过将不希望的输出导向空集的方法，已使输出集B中的元素远少于输入集A中的元素，但当需要取出全部有效值时仍需要多次计算。