IBM的量子計算機有時能打敗超級計算機

127量子位Eagle量子計算機能夠處理傳統超級計算機難以解決的問題。

目前，量子計算機太容易出錯，以至於其最終的實用性經常受到質疑。但IBM認爲，量子計算可能會比預期更快地進入一個實用的新時代，對於當今的超級計算機無法解決的實際問題，其127量子位的Eagle量子計算機有潛力給予準確的結果。

雖然理論上，對於傳統計算機可能需要數千年才能解決的問題，量子計算機能夠找到解決答案，但它們受到一個關鍵問題的困擾，即當今的量子計算機都很容易受到最輕微干擾的破壞。這些所謂的噪聲中等規模量子（NISQ）平臺通常每1000次運算就會出現一次錯誤，而許多實際應用要求錯誤率降低到十億分之一或更低。

目前，IBM透露，其Eagle量子處理器能夠準確地模擬普通計算機超過一定複雜性就難以建模的物理現象。該公司表示，這些模擬不僅可供研究人員實際使用，而且他們開發的方法還可應用於當今量子機器上運行的其他類型的算法。

儘管量子計算仍被認爲處於早期階段，但谷歌和其他公司的早期實驗聲稱，量子計算機可能超越常規計算機，已經進入了“量子優勢”“量子卓越”或“量子霸權”時代。批評者則認爲，這些實驗只表明在人爲問題上，量子計算機能夠超越傳統計算機。因此，對於量子計算機是否好到足夠可用，仍然存在激烈的爭論。

IBM的量子計算機對一種材料中電子自旋的動力學進行了模擬，目的是預測其特性，例如磁化。科學家們非常瞭解該模型，因此研究人員更容易驗證量子計算機結果的準確性。

同時，加州大學伯克利分校的科學家在傳統超級計算機上運行這些模擬的不同版本，以便與量子計算機的性能進行對比。他們使用了兩套技術。雖然蠻力模擬的結果最準確，但需要太多的計算處理能力來模擬複雜的大型系統。另一方面，雖然近似方法可以估算大型系統的答案，但事實證明，系統越大，其準確性通常就越低。

在最大規模的測試中，量子計算機的速度大約是傳統近似方法的3倍，能夠在9小時內得到答案，而傳統計算機則需要30小時。更重要的是，研究人員發現，隨着模型規模的擴大，量子計算機與傳統蠻力模擬準確度不相上下，而傳統近似算法的準確度則降低了。

IBM科學家提醒道，他們並沒有說他們的量子計算機優於傳統計算。他們說，未來的研究可能很快就會表明，對於這些實驗採用的計算，普通計算機可能會找到正確的答案。

IBM指出，其量子硬件顯示出比以前更穩定的量子位和更低的錯誤率。不過，新的發現取決於IBM所稱的“量子誤差抑制”技術，該技術能夠檢查量子計算機的輸出，解釋並消除其電路所經歷的噪聲。

“我們的硬件和錯誤抑制方法目前都達到了這樣的水平，可用於實施過去5到10年中提出的絕大多數短期算法，看看哪種算法能夠在實踐中真正地顯示出量子優勢。”紐約州約克城高地IBM托馬斯•J. 沃森研究中心的量子物理學家克里斯坦•泰米（Kristan Temme）說。

IBM採用的量子誤差抑制策略的一個缺點是它需要一定的冗餘。“對於我們在這裡使用的零噪聲外推法，我們需要在3個不同的噪聲水平運行相同的實驗。”泰米說，“這是計算中每個數據點，即我們每次使用處理器時都必須付出的成本。”

儘管如此，IBM表示，在接下來的一年裡，在日本、德國以及美國，在雲端運行和合作夥伴的現場，都將運行至少127量子位的量子計算機。

文章來源於悅智網，作者Charles Q. Choi

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