描述量子计算机发展速度的新法则?

尼文定律说,量子计算机以“双指数速度”发展。 如果他能经受住时间的考验,那么等待量子优势的时间不长。



Google的Foxtail Quantum处理器

2018年12月,来自Google AI的科学家对来自Google的最佳量子处理器进行了计算。 他们能够在普通笔记本电脑上重现这些计算结果。 然后在一月,他们在改进版的量子芯片上进行了相同的测试。 这次,他们需要一台功能强大的台式计算机来模拟结果。 到了2月,他们不再拥有能够模拟量子竞争对手的经典计算机。 为此,研究人员必须在庞大的服务器网络上请求处理器时间。

Google量子人工智能实验室主任Hartmut Niven说:“在2月的某个时候,我不得不打个电话,说:“嘿,我们需要更多的配额。” “我们运行的任务需要一百万个处理器。”

这种快速的改进导致了所谓的 尼文定律(Niven's Law),这是一条描述量子计算机如何赶上经典计算机的新规则。 该规则是作为内部观察而产生的,直到那时Niven才在5月的Google Quantum Spring学术讨论会上提到它。 他说,在那里,量子计算机与具有“双指数”速度的经典计算机相比提高了计算能力-惊人的快速移动。

Niven说,在实现指数级增长的同时,“起初似乎什么也没发生,什么也没有发生,然后哦-突然之间,您进入了另一个世界。” “这就是我们正在观察的。”

甚至指数增长都是一个相当快的现象。 这意味着一定数量随着2的幂而增长:2 1,2 2,2 3,2 4 。 起初,增长不是那么明显,但是随后的增长是巨大的。 摩尔定律是著名的规则,大约每两年将计算能力加倍,这是一条著名的规则。

双指数增长看起来更重要。 值不增加2的度数,而是随着2的度数增加:2 2 1,2 2 2,2 2 3,2 2 4 。 在最近的文章“ 计算机专家扩大了可测试知识的范围 ”中,强调了双指数增长并描述了某些计算问题的复杂性的巨大增长速度。 双指数增长是如此独特,以至于他很难在现实世界中找到例子。 量子计算的发展速度可能是第一个这样的例子。

根据Niven的说法,量子计算机赶上传统计算机的双指数速度是两个指数因子结合的结果。 首先,量子计算机相对于传统计算机具有内部指数优势:例如,如果量子电路中有四个量子位,则其计算能力可与16个普通位的电路相媲美。 即使不改进量子技术,也是如此。

第二个指数因素的出现是由于量子处理器的迅速改进。 Niven表示,Google最好的量子芯片近来呈指数级增长。 该速度归因于错误数量的减少。 Niven说,这使工程师能够构建更大的量子处理器。 如果经典计算机需要更多的计算能力来模拟量子处理器,并且这些量子处理器的能力随着时间呈指数增长,那么结果将是量子机器与经典机器之间的双重指数关系。


Google量子人工智能实验室主任Hartmut Niven

并非所有人都对此深信不疑。 首先,经典计算机不会停滞不前。 即使摩尔定律不再有效 ,常规筹码仍在不断改进。 此外,计算机科学家不断提出更有效的算法,以帮助经典计算机跟上潮流。

马里兰大学量子信息和计算机科学联合中心主任之一安德鲁•柴尔德斯Andrew Childs)表示:“考虑到所有活动的部分,包括经典和量子方面的改进,很难称这种增长是双指数的。”

尽管量子计算机追上经典计算机的确切速度可能引起争议,但毫无疑问,量子技术的迅速发展。

德克萨斯大学奥斯汀分校的IT专家Scott Aaronson通过电子邮件写道:“我认为这一进步不可否认的现实已经使人们相信可伸缩量子计算机将无法正常工作。” “现在,他们将必须清楚阐明这一进展将在何处以及为何停止。”

量子计算领域的主要目标是产生有效的量子计算,而这些计算无法在最强大的经典计算机(并且橡树岭国家实验室的Summit超级计算机现在被认为是最强大的)上在合理的时间内进行模拟。 在开发量子计算机的各个研究小组中,谷歌特别宣称要追求这一被称为“量子优势”的目标。

到目前为止,量子优势仍然难以捉摸-有时似乎刚刚实现,但到目前为止却失败了。 但是,如果尼文定律得到实施,那么这个目标将是短暂的。 Niven认为Google团队何时才能取得量子优势并没有确切说明,但他承认这很快就会发生。

Niven说:“我们经常说我们认为我们将在2019年实现这一目标。” “所有的迹象已经在那里。”

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN465499/


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