Quantinuum的量子计算机
Quantinuum
量子计算机能够做到传统计算机绝对做不到的事情吗？这是这个快速增长行业面临的最大问题之一，现在我们终于得到了一个无可辩驳的答案。
量子计算机使用量子位（qubits）而不是经典比特，qubits可以存在于比“0”或“1”更多的状态，从理论上来说，这给了它们在计算上的优势。但是，量子计算机是否能够做到即使是最好的传统计算机也无法实现的事情，也就是量子霸权的壮举，这一直以来是一个难以回答的问题。这是因为真正的量子霸权示例必须是一项实际的计算任务，可以在现实的量子硬件上进行测试，并且是能够证明的，这样就需要严格排除所有可能帮助经典计算机最终迎头追赶的数学和算法技巧。
德克萨斯大学奥斯汀分校的William Kretschmer及其同事现在完成了一个满足这两个条件的实验。与过去几次宣称取得量子霸权的情况不同，那里经典计算机最终缩小了它们与量子竞争对手之间的性能差距，研究人员现在表示“我们的结果是可证明的且永久的：未来任何经典算法的发展都无法弥合这一差距”。
该团队使用了Quantinuum公司构建的12个由激光控制的离子制成的qubits进行了一项基于通信复杂性的数学实验。其目标是为两个名为爱丽丝和鲍勃的假设实验者找到完成通过发送消息进行计算的最有效方法。
量子计算机的一部分充当爱丽丝，准备特定的量子状态并将其发送到机器的另一部分鲍勃，然后鲍勃必须决定如何测量爱丽丝的状态以了解其属性并产生输出。通过重复这个过程，这对可以建立一种预测鲍勃在爱丽丝揭示她的状态之前输出结果的方法。
研究人员重复了这个过程10000次，并优化了爱丽丝和鲍勃执行过程的方式。他们对所有这些试验的分析，再加上对协议本身的严格数学调查，表明任何少于62位的经典算法都无法与这项12个qubit的量子计算机在此任务上的表现相匹敌。在他们证明经典算法可以达到相同性能的最小情况下，需要330位——几乎是计算能力的必要30倍差异。
英国布里斯托大学的Ashley Montanaro表示，“这是一个令人瞩目的科学成果，表明‘量子优势’的范围比一些人想象的要广泛。”“与大多数量子优势或量子霸权的展示不同，没有希望找到更好的经典算法——这是不可能的。”
荷兰数学和计算机科学研究所的Ronald de Wolf表示，这个实验有效地利用了现有量子计算机的快速改进，并借鉴了通信复杂性理论的思想，这个理论已经研究了几十年。
“已知通信复杂性是量子和经典之间的可证明和现实之间的分隔来源。差异在于，由于硬件方面的进展，他们现在首次能够实现这一模型，并提出了一种在经典和量子之间有更大差距的通信复杂性问题，因此即使你只是使用12个qubits，差距已经显现了。”
虽然这一新结果与许多过去的量子霸权展示有着一个重要特征，但它并不明确能马上派上用场。量子优势能够产生重要现实影响的示例，如可能根本改变密码学的Shor算法，仍然缺乏在可证性方面的确认。
团队未来可以加强其结果，例如使爱丽丝和鲍勃成为两个独立的计算机，这将防止两者之间的未考虑交互影响量子计算机的结果，但是量子霸权的实用性才是更重要的问题，de Wolf表示。
“超越[量子]霸权应该是朝着有用[量子]霸权的步骤，一个可以比传统计算机更好地解决实际问题的量子计算机的问题，比如某种化学计算或某种物流优化，“他说。
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