智東西（公眾號：zhidxcom）
文 | 心緣
智東西10月23日消息，還記得一個月前谷歌聲稱第一個實現“量子霸權（Quantum Supremacy）”嗎？它被譽為量子計算發展的重大進展，用3分20秒就能完成全球第一超算花費10000年才能完成的計算。（）
最近，量子計算機的另一個核心玩家IBM看不過去了，直接公開批評谷歌的說法有誤導性，計算方式有bug，現代超算根本不需要花費那么長的時間。
“我們已有足夠的證據表明’量子霸權’一詞被廣泛誤讀且造成越來越多的困惑，我們建議大家不要再使用這個詞，且希望社區盡早放棄繼續使用這個詞。”IBM博客中寫道。
IBM研究人員稱，量子計算機并不是傳統計算機的“霸權”，因為實驗室所做的實驗旨在實施一種非常具體的量子采樣程序，而沒有實際應用。
其博客指出，谷歌在估算經典超算需要10000年來計算的估算上出了問題，而IBM的方法可以讓超算在2.5天內以更高的保真度完成相同計算任務。這還是”保守的、最壞情況的估計“，其他研究能進一步減少時間。
而谷歌10000年的估算，是基于一個錯誤的假設，即在經典計算機中運行問題的量子模擬所需要的RAM會非常高。谷歌用時間來彌補空間的不足，才估計出10000年的時間。
五位IBM研究人員還發表了一篇論文《Leveraging Secondary Storage to Simulate Deep 54-qubit Sycamore Circuits》來支持其看法。
對此，谷歌暫未發表評論。
下面是IBM研究博客全文：
量子計算機已開始接近經典模擬的極限，重要的是，我們繼續對進展進行基準測試，并探究它們的模擬難度。這是一個有趣的科學問題。
量子計算的最新進展產生了兩個53量子比特的處理器：一個是來自我們IBM集團的處理器，另一個是谷歌泄露的論文預印本中描述的設備。
在預印本中，有人稱他們的設備達到了“量子霸權”、“一臺最先進的超級計算機將需要大約10000年的時間來執行相同的任務”。
我們認為，2.5天之內在經典（超算）系統上就能進行和（和谷歌量子計算機）同一任務的理想仿真，且保真度更高。實際上，這是一個保守的、最壞的情況下的估計，而且我們期望通過進一步的改進，能進一步降低模擬的成本。
因為John Preskill在2012年提出的“量子霸權”一詞的原始含義，是描述量子計算機可以完成傳統計算機無法做到的事情，所以這個門檻還沒有達到。
這種“量子霸權”的特殊概念是基于執行一個隨機量子電路，該電路的大小無法用任何可用的經典計算機進行仿真。
具體而言，谷歌的預印本展示了一個53量子比特的量子處理器的計算實驗，該處理器實現了一個深度為20的超大型二量子比特（2-qubit）的量子電路，具有430個二量子比特和1113個單量子比特門，預計總保真度為0.2％ 。
他們對10000年的經典模擬估計是基于以下觀察結果：在Schr?dinger型的模擬中存儲完整狀態向量的RAM內存需求是禁止的，因此需要借助Schr?dinger-Feynman模擬來權衡空間與時間。
“量子霸權”的概念展示了量子計算機獨有的資源，比如直接達到糾纏和疊加。但是，經典計算機擁有自己的資源，如硬件中的存儲層次結構和高精度計算、各種軟件資產以及廣泛的算法知識庫，在將量子（計算機）與經典（超級計算機）進行比較時，利用所有這些功能非常重要。
當與經典計算機進行比較時，他們依賴于先進的仿真，該仿真利用了并行性、快速且無錯誤的計算以及龐大的聚合RAM，但未能充分考慮大量的磁盤存儲。
相反，我們的Schr?dinger式經典仿真方法同時使用RAM和硬盤空間，來存儲和操縱狀態向量。我們的仿真方法采用的性能增強技術包括電路劃分、張量縮并遞延、門聚合和批處理、聚合通信的精心協調以及眾所周知的優化方法（例如緩存塊和雙緩沖），以使通信遍歷交疊于混合節點的CPU和GPU組件之間進行計算。進一步的細節可以在《Leveraging Secondary Storage to Simulate Deep 54-qubit Sycamore Circuits》論文中發現。
▲預期經典計算運行時間與“ 谷歌 Sycamore電路”的電路深度的分析。 藍線估計了一個53量子位處理器的經典運行時間（電路深度為20時為2.5天），而橙線則估計了一個54量子比特處理器的運行時間。
我們的仿真方法有許多不錯的特性，這些特性不會直接從經典世界轉移到量子世界。例如，一旦經過經典計算，就可以任意多次訪問整個狀態向量。
我們的仿真方法的運行時間與電路深度大致成線性比例（請參見上圖），沒有由于相干時間有限而帶來的限制。新的且更好的經典硬件、用以更有效地利用經典硬件的代碼優化，更不用說利用GPU-direct通信來運行感興趣的某種最強仿真，可以大大加快我們的仿真速度。
建立量子系統是科學和工程的壯舉，對它們進行基準測試是一個巨大的挑戰。 谷歌的實驗很好地展示了基于超導的量子計算的進展，展示了53量子比特設備上的最新門保真度，但它不應被視為證明量子計算機相對于經典計算機“霸權”的證據。
在量子社區中眾所周知，我們IBM擔心“量子霸權”一詞的指向性。John Preskill最近在《量子》雜志上發表的一篇有思想的文章中，討論了這一術語的起源，包括合理的辯護和對某些有爭議維度的坦率反思。
Preskill教授總結了對該術語的兩個主要反對意見，說“這個詞加劇了對已經夸大其詞的量子技術現狀的報道”，并且“通過與白人霸權的聯系引起了令人反感的政治立場。 ”
兩者都是明智的反對。而且我們還要補充一點，“霸權”一詞幾乎被所有人（在可以將其置于適當背景下的量子計算專家的稀缺世界之外）誤解了。包含“量子霸權已實現”的一些變體的標題出現，不可避免地會誤導公眾。
首先，因為如上所述，按照其最嚴格的定義，該目標尚未實現。但從根本上說，量子計算機永遠不會取代傳統計算機，而只能與它們協同工作，因為每種計算機都有其獨特的優勢。
由于上述原因，并且由于我們已經有足夠的證據表明“量子霸權”一詞被廣泛誤解并引起越來越多的混亂，因此我們敦促社區處理有關量子計算機第一次做到這一點的主張。由于基準測試一個適當的度量標準很復雜，一個經典計算機無法對此質疑。
為了使量子能夠對社會產生積極影響，當前的任務是繼續構建并使更廣泛可訪問的功能更強大的可編程量子計算系統。該系統能夠可再現且可靠地實現各種各樣的量子演示、算法和程序。這是在量子計算機中實現實用解決方案的唯一途徑。
最后一點想法。量子計算的概念正在激勵新一代物理學家、工程師和計算機科學家，從根本上改變信息技術的格局。如果您已經在推動量子計算的前沿，那么請繼續保持勢頭。如果您是該領域的新手，請加入該社區。去吧，在今天的真實量子計算機上運行您的第一個程序。
最好的還在后面。
——IBM Q的首席架構師Dmitri Maslov也為本文做出了貢獻。
