物理学家的使命是激发量子工业革命

超导Qubit是顶部UCSBGoogle在加利福尼亚的某个地方正在建造一种设备，该设备将引入一个新时代的计算时代。这是一款量子计算机，是有史以来最大的计算机，旨在证明所有利用异国物理学的机器都可以胜过世界顶级超级计算机。

和 新科学家 已经了解到，它可能比任何人预期的要早 - 甚至到明年年底也可能。

量子计算革命已经很长时间了。在1980年代，理论家意识到，基于量子力学的计算机有可能在某些任务上大大超过普通或经典的计算机。但是建造一个是另一回事。直到最近，才有一台量子计算机可以击败经典的计算机，从实验室的好奇心变成了实际发生的事情。Google希望创建第一个。

该公司的计划是秘密的，Google拒绝对本文发表评论。但是研究人员联系了 新科学家 所有人都认为这是突破性的风口浪尖，在会议和私人会议上的演讲之后。

“他们肯定是现在的世界领导人，毫无疑问。”日本瑞肯新兴物质科学中心的西蒙·德维特（Simon Devitt）说。“这是Google要输的。如果Google不是这样做的小组，那就出了问题。”

我们瞥见了Google的意图。上个月，其工程师悄悄发表了一篇详细介绍他们计划的论文（arxiv.org/abs/1608.00263）。他们的目标是夸张的量子至高无上，是构建第一个能够执行无经典计算机的任务的量子计算机。

德克萨斯大学奥斯汀分校的斯科特·亚伦森（Scott Aaronson）说：“这是他们打算在未来几年中打算做的事情的蓝图。

那么他们将如何做？量子计算机将数据作为量子位或Qubits处理。与经典的位不同，由于量子叠加的原理，它们可以同时存储0和1的混合物。正是这种潜力使量子计算机在某些问题上具有优势，例如分解大量。但是普通的计算机在此类任务上也很出色。表现出更好的量子计算机将需要数千吨，这远远超出了我们当前的技术能力。

取而代之的是，Google希望只用50 QUAT声称获得奖品。这仍然是一个雄心勃勃的目标 - 公开，他们只宣布了一台9克计算机 - 但可以触及。

为了帮助它成功，Google将这场斗争带入了Quantum的主场。它的重点是对于普通计算机而言非常困难但量子计算机自然而然的问题：模拟随机排列量子电路的行为。

这些量子电路的输入中的任何小变化都会产生截然不同的输出，因此，古典计算机很难用近似值作弊来简化问题。“他们正在做Quantum版本的混乱，” Devitt说。“输出本质上是随机的，因此您必须计算所有内容。”

为了将经典计算推向极限，Google转向了世界上最先进的超级计算机之一爱迪生，位于美国国家能源研究科学计算中心。Google如果它模拟了量子电路在越来越大的Qubits网格上的行为，最高为42 QUBIT的6×7网格。

该计算很困难，因为随着电网尺寸的增加，存储所有气球所需的内存量。一个6×4的网格仅需268兆字节，比普通智能手机中的少量少。6×7网格需要70吨，约为高端PC的10,000倍。

Google停在那里，因为目前不可能进入下一个尺寸：48 Qubit的网格将需要2.252 pb的内存，几乎是世界上顶级超级计算机的两倍。如果Google可以通过50 Quitib的量子计算机解决问题，则它将击败现有的所有其他计算机。

通过设置这项清晰的测试，Google希望避免困扰量子计算机先前索赔的问题，超过了普通计算机的问题，包括Google制造的一些问题。

去年，该公司宣布，通过使用D-Wave Quantum Computer（一种具有有争议的历史记录的商业设备），它已经比古典计算机更快地解决了某些问题1亿倍。专家立即驳回了结果，称他们不是公平的比较。

Google在2013年购买了其D-Wave计算机，以找出是否可以用于改善搜索结果和人工智能。次年，该公司在加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校雇用了约翰·马蒂尼斯（John Martinis），设计了自己的超导量子。“他的Qubits质量更高，” Aaronson说。

马提尼酒和同事们现在正试图用50量Qubits实现量子至上，许多人认为他们很快就会到达那里。苏黎世瑞士联邦技术学院的马蒂亚斯·特洛耶（Matthias Troyer）说：“我认为这是可以在两三年之内实现的。”“他们对如何做到了具体的步骤。”

Devitt说，马提尼斯及其同事讨论了许多达到这一里程碑的时间表。最早的是到今年年底，但这不太可能。他说：“我将保持乐观，也许在明年年底说。”“即使他们在未来五年内完成，这将是一个巨大的飞跃。”

第一个成功的量子至上实验将无法为我们提供能够解决任何可以想象的问题的计算机 - 基于当前的理论，这些理论将需要是更大的机器。但是，拥有一台工作，小型计算机可以推动创新或增加现有计算机，这使其成为新时代的开始。

亚伦森将其与1942年芝加哥曼哈顿项目实现的第一个自我维持的核反应进行了比较。他说。

解决构建50克设备的挑战将使Google做好准备以构建更大的东西。牛津大学的伊恩·沃尔姆斯利（Ian Walmsley）说：“建造完全可扩展的机器是绝对进步的。”

从长远来看，量子计算机在长期内确实有用，我们还需要稳健的量子误差校正，这是一种减轻量子状态脆弱性的技术。马提尼酒和其他人已经在为此努力，但要比实现量子至上的时间要长。

尽管如此，实现至高无上的地位并不会被驳回。

Devitt说：“一旦系统达到量子至上并显示出明确的规模行为，它将是私营部门的天空中的耀斑。”“准备离开实验室。”

特洛耶说：“该领域的移动速度比预期的要快得多。”“是时候将量子计算从科学转移到工程并真正构建设备了。”

本文出现在标题“ Google计划量子至上”标题下。

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