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谷歌的“量子霸权”靠谱吗?

已有 2231 次阅读 2019-10-4 08:20 |个人分类:量子力学|系统分类:海外观察| 量子信息, 量子计算

谷歌终于宣布实现“量子霸权”了,虽然文章很快撤回,但是还是引起了很大的轰动,有人认为量子计算时代到来了,传统计算很快就要过时。

跟很多人的激动不同,很长时间以来,我对量子信息的各种神奇功能持怀疑态度,因为我发现量子信息的理论基础有问题。本博客量子力学专题中有多篇文章讨论量子计算的理论基础问题,如量子位的问题,非相对论量子力学的应用范围,数学与物理的差别,究竟什么是量子计算,等。

就谷歌宣布实现“量子霸权”本身,我也不太理解业内人士的激动。既然是业内人士,就应该知道这样的“划时代突破性进展”在过去的几十年内已经发生过很多次了,IBM,Intel,D-Wave,微软,华为,阿里,……,数不胜数。然而最后什么都没有发生。还没有解决任何传统方法无法解决,或者值得解决的问题。大概加入量子计算研究的新人实在太多了,总有大部分业内人士不知道量子计算的辉煌突破史。单单谷歌一家,已经连续三年宣布当前年度内将实现“量子霸权”。

就发生的事情本身,为什么就有很多业内人士相信了一篇至少还没有获得公开认可的文章呢?

一般来说,文章撤回是一种不体面的行为,至少是一个bad sign,虽然不排除最后会被接受发表。但无论如何,事件本身不等于他们的主张(claim)就是事实,毕竟,他们前两年的宣布已经被证明不是事实,这是另一个bad sign。

“霸权”(supremacy)从来不是一个正面词汇,比如白人至上主义“white supremacy”。量子计算什么都还做不了,就声称要实现量子霸权,超越传统计算机,破解传统加密。这种宣传方式,也是一个bad sign。

文章声称的“霸权”是比传统计算机快很多倍地解决了一个问题。是一个什么问题呢?一般我们说解决了一个问题,应该是说明问题是什么,再给出量子计算机算出的答案。该问题最好是一个实际问题,有理论结果,或者实验结果,可以比对。文章中的问题,可以说是专门为这种计算机设计的虚拟问题,想不出别的场景下有什么用。

文章中提到的hybrid Schroedinger-Feynman algorithm(混合薛定谔费曼算法,hSFA)应该是一种量子蒙特卡洛算法。在实际应用中,如果要用该算法计算什么东西,必须有具体的势函数或者相互作用,那个东西总是有一些实验值可以比对的,这样我们就可以知道算法可信不可信,算出来的实验无法测量的值可信不可信。

在计算物质(这里是量子多体体系)的性质的时候,量子蒙特卡罗算法并不是很有效的算法,原因的确是蒙特卡洛算法需要的计算量太大,但是我们有很多更有效的方法,如自洽场(Hatree-Fock),密度泛函(DFT),等等。即使是量子蒙特卡罗算法,量子计算机也无法把希望计算的物理体系放进去,因此这台量子计算机只能计算自己。就算是谷歌这台量子计算机本身,如果传统计算希望模拟,未必使用hSFA来模拟,完全可以建立更有效的数学模型,以致于传统计算甚至可以比量子计算更快,更精确。所以,量子霸权已经实现的说法,完全是研究者单方面的主张。

文章只是给出了计算速度和保真度,没有给出计算结果对不对。保真度只有大约0.1%,这样的计算结果有意义吗?该数据不是说明了计算结果99.9%不可信吗?一个99.9%不可信的计算结果有用吗?如果再算一次,会得到另一个完全不同的结果,一样99.9%的不可信。文章的说法是,传统计算如果要达到同样的可信度,需要算好多年。可是传统计算绝不可能做一个目标为99.9%不可信的计算啊!99.9%的不可信是什么意思?如果计算一个整数,正确结果应该是10000的话,量子计算出来的结果是10到10000000之间的任何值?

总结一下:

1、文章主张的结论还没有得到认可。

2、这台计算机用0.1%的保真度计算了自己,如果用传统计算机用文章指定的方法计算,需要很多年,没有这台计算机快。

3、该计算的实际应用仅限于自身。文章也没有说能解决什么别的问题。

这种只能计算自身的意思是:任何一个实验,或者一个物理体系,都是对自身的量子计算,都是自身所有微观量子过程的综合效应,一般来说,都很难计算。所以我说过和传统的实验测量无法区别。

另外一些看法:

“道路是曲折的,前途是光明的”,这只是一些人的个人信仰,你凭什么相信前途是光明的?科学讲逻辑,讲实证,“相信”只是一厢情愿(wishful thinking)。人类历史上,很多被部分人信仰的理念,最后被证明并不成立,早期的有信神炼丹,近期的有人体科学,水变油,还有长期的永动机。科学的东西经得起质疑,不能有人质疑就怪别人心不诚。以前的气功大师们就有一个论调,说如果有不信的人在场,人体特异功能就很难成功。很长一段时间,中国科学界曾经把气功大师们奉若神明。

单纯从实验的角度,我认为这样的工作还是很有意思的,我很想知道最后能做出什么有意义的东西来。虽然我很怀疑,这样的装置能不能解决研究者们希望解决的通用问题。

量子模拟的确是一个最有可能取得实际应用的量子计算研究方向,虽然个人认为和传统的实验无法区别,不过是把传统实验的一次测量变成了麻烦的,不确定的多次测量。有点像把传统波干涉实验做成一次通过一个量子,用很先进的技术,做强大的数据处理后,得到一个显然的结论。

新闻稿中提到了质疑者,也就是说,这些研究并没有被学术界广泛接受。对任何一项研究,质疑是正当而且是应当的,能够经受越多的质疑,研究结论才越有可能正确。但明显可以看出,国内很多业内人士对质疑相当情绪化,言论中不乏对质疑者的人身攻击。




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