量子霸權

量子霸權，代表量子計算裝置在特定測試案例上表現出超越所有經典計算機的計算能力，實現量子霸權是量子計算發展的重要里程碑。評測稱霸標準，需要高效的、運行於經典計算機的量子計算模擬器。在後量子霸權時代，這種模擬器還會成為加速量子計算科學研究的重要工具。

量子霸權
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2018年9月，國防科技大學吳俊傑團隊與上海交通大學金賢敏合作研究成果，被《國家科學評論》在線發表。2019年9月20日，科技巨頭谷歌一份內部研究報告顯示，其研發的量子計算機成功在3分20秒時間內，完成傳統計算機需1萬年時間處理的問題，並聲稱是全球首次實現「量子霸權」。

2019年11月4日，在國際上率先開啟稱霸標準研究的、國防科技大學計算機學院吳俊傑帶領的QUANTA團隊，聯合信息工程大學等國內外科研機構，提出了量子計算模擬的新算法。該算法在「天河二號」超級計算機上的測試性能達到國際領先水平，谷歌的工作也引用了這項結果的預印版論文。

研究背景

隨着量子物理裝置技術水平的快速發展，實現量子霸權似乎日益臨近。稱霸標準已成為量子計算領域最重要的科學問題之一。玻色採樣問題是一種針對光子（玻色子）系統的量子霸權測試案例。理論上，經典計算機求解玻色採樣需要指數量級計算時間，而量子計算只需要多項式量級計算時間。與此同時，相比通用量子計算，玻色採樣更容易實現。

研究進展

開啟稱霸標準研究

國防科技大學吳俊傑團隊與上海交通大學金賢敏合作，在國際上最先開啟了稱霸標準的研究。

2018年9月，《國家科學評論》在線發表了吳俊傑、金賢敏等人的研究成果，報道了玻色採樣案例的稱霸標準。該項研究中，吳俊傑與金賢敏在「天河二號」超級計算機上完成了玻色採樣問題的核心難題——積和式的求解。實際測試的問題規模達到48個光子，並推斷出「天河二號」模擬50個光子的玻色採樣需要約100分鐘。也就是說，一旦實際的量子物理裝置實現了每組樣本100分鐘以內50光子的玻色採樣，就在求解這個問題上超過了「天河二號」，實現了量子霸權。

谷歌實現量子霸權

2019年9月20日，多家英媒披露，科技巨頭谷歌(Google)一份內部研究報告顯示，其研發的量子計算機成功在3分20秒時間內，完成傳統計算機需1萬年時間處理的問題，並聲稱是全球首次實現「量子霸權」。

據報道，該報告指出，谷歌研究人員架設出53量子位的量子計算機，並以「懸鈴木」為代號。「懸鈴木」量子計算機所進行的運算，是要證明一個隨機數字生成器符合「隨機」的標準。按報告所指，即使是現存最先進的傳統超級計算機「Summit」，對量子電路的一個實例取樣100萬次，亦需時1萬年處理，但「懸鈴木」僅需200秒便完成運算。

撰寫報告的谷歌研究人員認為，雖然「懸鈴木」處理的運算無實際意義，但實驗結果證明，有運算工作只能夠在量子計算機上進行，實現「量子霸權」(quantum supremacy)，若研究報告其後可獲學界認可，將成為量子科學的分水嶺。

研究人員亦預測，量子計算機的運算能力會呈現「雙指數速率增長」，超越「摩爾定律」所指，傳統計算機運算能力約兩年翻一倍的增長速度。

算出量子霸權標準

2019年11月4日，國防科技大學計算機學院吳俊傑帶領的QUANTA團隊，聯合信息工程大學等國內外科研機構，提出了量子計算模擬的新算法。該算法在「天河二號」超級計算機上的測試性能達到國際領先水平，谷歌的工作也引用了這項結果的預印版論文。2019年11月4日，國際權威期刊《物理評論快報》正式在線發表了該成果。

目錄

研究意義

實現量子霸權，將代表超越經典的量子計算能力從理論走進實驗，標誌着一個新的計算能力飛躍時代的開始。實現量子霸權離實現實際的量子計算機尚有很大距離。當前實現量子霸權絕非易事。

研究人員宣布成功演示「量子霸權」

參考文獻