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作為量子計(jì)算領(lǐng)域最重要的專家之一，Scott對(duì)于這項(xiàng)成果不吝贊譽(yù)，甚至親自發(fā)了一篇博客解析這件事情。

在Scott看來(lái)，潘建偉、陸朝陽(yáng)團(tuán)隊(duì)這次實(shí)現(xiàn)的研究成果，不僅是量子計(jì)算優(yōu)越性的有利證明，所求解的玻色子采樣 （BosonSampling）問(wèn)題，也是證明量子計(jì)算超越傳統(tǒng)方法的又一重大突破。

畢竟在這之前，有關(guān)量子計(jì)算優(yōu)越性的爭(zhēng)議，一直沒(méi)有停止過(guò)。

此前Gil Kalai （著名數(shù)學(xué)家）曾撰文稱，多光子做玻色子采樣，理論上絕不可能成功。

而IBM也曾質(zhì)疑過(guò)谷歌取得的量子計(jì)算優(yōu)越性，認(rèn)為這種證明方法上完全不靠譜，相比之下，IBM用傳統(tǒng)方法也能做到相同的結(jié)果。

但「九章」的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，無(wú)疑從理論、方法上都證明了量子計(jì)算的優(yōu)越性，不留情面地給質(zhì)疑者來(lái)了有力的一擊。

那么，什么是量子優(yōu)越性，什么又是玻色子采樣？

Scott對(duì)量子優(yōu)越性進(jìn)行了科普，并介紹了潘建偉、陸朝陽(yáng)團(tuán)隊(duì)這次實(shí)現(xiàn)的成果。

量子優(yōu)越性是什么？

先來(lái)回答這個(gè)問(wèn)題。

根據(jù)陸朝陽(yáng)的介紹：

量子優(yōu)越性是指當(dāng)新生的量子計(jì)算原型機(jī)，在某個(gè)問(wèn)題上的計(jì)算能力超過(guò)了最強(qiáng)的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，就證明其未來(lái)有多方超越的可能。

就在去年，谷歌率先首次實(shí)現(xiàn)了這樣的量子霸權(quán)。

它所打造的量子計(jì)算原型機(jī)，名叫懸鈴木。

懸鈴木在解決“隨機(jī)線路采樣”問(wèn)題時(shí)，在100萬(wàn)個(gè)樣本情況下，僅需200秒時(shí)間。

而當(dāng)時(shí)全球最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)Summit，在解決這個(gè)問(wèn)題時(shí)，卻要花費(fèi)2天的時(shí)間。

對(duì)此，谷歌CEO皮猜評(píng)價(jià)道：

這是量子計(jì)算領(lǐng)域的 Hello World moment。

而現(xiàn)如今，隨著九章的問(wèn)世，量子計(jì)算與傳統(tǒng)計(jì)算的差距拉得更大了：

在解決波色采樣問(wèn)題時(shí)，5000萬(wàn)個(gè)樣本情況下，九章僅需200秒。

而當(dāng)今最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)富岳，則需要花費(fèi)6億年之久。

若是樣本數(shù)量繼續(xù)擴(kuò)大，例如100億個(gè)樣本，九章需要花費(fèi)10個(gè)小時(shí)，而對(duì)于富岳，則是1200億年。

橫向?qū)Ρ葋?lái)看，九章的速度，更是懸鈴木的100億倍！

根據(jù)微博用戶“木遙”的介紹，量子霸權(quán)這個(gè)詞的發(fā)明人 John Preskill 當(dāng)時(shí)是這么評(píng)論的：

他在 2012 年提出量子霸權(quán)這個(gè)概念的時(shí)候問(wèn)過(guò)，大規(guī)模量子計(jì)算究竟是非常非常困難，還是不可思議地困難？

前者意味著還有幾十年的路要走，后者意味著可能還要幾個(gè)世紀(jì)。Google 這個(gè)成果讓他更相信前者了。

Scott表示，相比于谷歌，潘建偉團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的意義在于，這是首次通過(guò)光子學(xué)，證明量子計(jì)算優(yōu)越性的做法。

當(dāng)然，對(duì)于這次潘建偉團(tuán)隊(duì)解決的玻色子采樣問(wèn)題，Scott也調(diào)侃：

除了證明量子計(jì)算優(yōu)越性以外，這也是駁斥Gil Kalai理論的有利證據(jù)。

那么，Gil Kalai一直認(rèn)為理論上不可能實(shí)現(xiàn)的玻色子采樣，究竟難在哪里？

玻色子采樣是什么，難在哪里？

玻色子采樣解決的，本質(zhì)上是這個(gè)問(wèn)題：光子的分布是什么？

對(duì)于量子計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，只需要讓自己符合光子的分布，就能夠解決這一問(wèn)題。

然而，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，則必須通過(guò)計(jì)算名為積和式 （permanent）的矩陣，來(lái)計(jì)算光子的分布。

如果只是兩個(gè)光子的輸入，計(jì)算機(jī)只需要計(jì)算2×2的矩陣。

但是，隨著光子輸入和檢測(cè)器數(shù)量的增加，矩陣的尺寸也會(huì)隨之增加，從而成倍地增加了問(wèn)題的計(jì)算難度。

據(jù)Scott介紹，普通經(jīng)典計(jì)算機(jī)想要模擬BosonSampling實(shí)驗(yàn)的難度，目前大約增加了2^n，其中n是檢測(cè)到的光子數(shù)。

除了要考慮噪聲等實(shí)驗(yàn)影響條件以外，還要不斷地對(duì)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)測(cè)試，以驗(yàn)證這些影響給實(shí)驗(yàn)造成的欺騙性結(jié)果。

Scott表示，相比于這些驗(yàn)證過(guò)程，給出欺騙性的結(jié)果對(duì)于團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，可能會(huì)更容易（但他們沒(méi)這么做）。

事實(shí)上，Scott在審稿時(shí)，發(fā)現(xiàn)潘建偉團(tuán)隊(duì)只用了30個(gè)光子來(lái)驗(yàn)證他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而且還依靠了合理的外推法。

Scott覺(jué)得奇怪，如果按照?qǐng)F(tuán)隊(duì)給出的這種方法，應(yīng)該有可能達(dá)到40個(gè)光子甚至50個(gè)光子？

目前來(lái)說(shuō)，直接驗(yàn)證n光子的BosonSampling，結(jié)果大約需要2^n倍的時(shí)間，但目前的超級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)該可以滿足計(jì)算條件。

幾周后，團(tuán)隊(duì)作者給出了回應(yīng)，表示他們現(xiàn)在已經(jīng)驗(yàn)證了40個(gè)光子的結(jié)果，只不過(guò)花了40萬(wàn)美元左右……

聽起來(lái)有點(diǎn)貴，不過(guò)陸朝陽(yáng)也對(duì)此做出了回應(yīng)：錢不是我們出的，是無(wú)錫那邊的超級(jí)計(jì)算機(jī)“神威·太湖之光”（在世界超算性能榜上排行第4）幫忙出的。

而冷卻超算所用的水，太湖之光的負(fù)責(zé)人表示可以給周圍的居民區(qū)供暖……

“感謝陸朝陽(yáng)送我的200個(gè)口罩”

最后，Scott也談及了這次審稿中的一些趣事。

Scott表示，在疫情發(fā)酵一段時(shí)間后，口罩當(dāng)時(shí)在中國(guó)已經(jīng)恢復(fù)生產(chǎn)，然而美國(guó)卻幾乎買不到。這時(shí)候，團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人之一陸朝陽(yáng)給他寄了200個(gè)口罩 （Scott稱，他完全沒(méi)有提過(guò)這方面的要求）。

對(duì)此，Scott表示：

我非常感激這件事，雖然這并不會(huì)對(duì)我的審稿結(jié)果造成影響。

有網(wǎng)友調(diào)侃，以后在提交稿件的時(shí)候，是不是可以順便給審稿人寄點(diǎn)口罩？

Scott博客原文：
https://www.scottaaronson.com/blog/

參考鏈接：
https://weibo.com/1644684112/JwTSjD34L