在一个世界上，一个由约翰·马丁尼斯(JohnMartinis)领导的团队，位于加州圣塔芭芭拉分校(UniversityofCalifornia,SantaBarbara)和谷歌(GoogleinMountainView)的实验物理学家，他说，它的量子计算机执行了一个超出常规“经典”机器的实际能力的具体计算。同样的计算将甚至是最佳的经典超级计算机10,000年才能完成，Google的估计。
马提尼斯说，量子优势一直被视为一个里程碑，因为它证明了量子计算机可以超越经典计算机。虽然这个优势现在只在一个非常特殊的情况下被证明了，但是它向物理学家们展示了量子力学在一个复杂的问题中所发挥的作用就像预期的那样。
“谷歌已经给了我们第一个实验证据，即在一个现实的系统中实现了量子速度增长，”说，澳大利亚悉尼新南威尔士大学的量子物理学家米歇尔·西蒙斯（MichelleSimmons）说。
马提尼斯把这个实验比作“你好世界”计划，它通过指示一个新系统显示这个短语来测试一个新系统；它本身并不特别有用，但它告诉谷歌量子硬件和软件工作正常，他说。
这一壮举最初是由英国“金融时报”(Financial Times)和其他媒体在9月份报道的。此前，美国宇航局(NASA)网站上泄露了该报纸的早期版本，后者与谷歌(Google)在量子计算领域开展合作，之后很快就被删除。当时，该公司没有证实是它写了这篇文章，也没有对这些报道发表评论。
尽管计算谷歌选择了一个量子随机数发生器的输出，但它的实际应用有限，但“科学的成就是巨大的，假设它代表着它，我猜它将”，奥斯汀分校的理论计算机科学家斯科特·阿朗森（ScottAAronson）表示。
谷歌以外的研究人员已经在努力改进用于解决这个问题的经典算法，希望能够降低公司的10,000年的估计。IBM是谷歌在构建世界上最好的量子计算机方面的竞争对手，在10月21日的一份预印中报道，这个问题可以用不同的经典技术在2.5天之内解决。未对该文件进行同行审查。如果IBM是正确的，它将减少谷歌的壮举，展示量子的“优势”--做一个比经典计算机快得多的计算，而不是超出它的范围。西蒙斯（Simmons）说，这仍然是一个重要的里程碑。据我所知，“这是第一次演示，所以这绝对是一个巨大的结果。”西蒙斯说。
量子计算机的工作方式与经典机器截然不同：一个经典比特要么是1，要么是0，但是一个量子比特或量子位可以同时存在于多个状态。当量子位元不可分割地联系在一起时，物理学家理论上可以利用它们的类波量子态之间的干涉来执行可能需要数百万年的计算。
物理学家认为，量子计算机可能有一天运行革命性的算法，例如，搜索笨拙的数据库或系数大的数字，包括重要的是那些在加密中使用的算法。但是这些应用仍然是几十年来的。更多的量子比特被链接起来，当设备运行时，它越难维持它们的脆弱状态。谷歌的算法在由54个量子位组成的量子芯片上运行，每个量子芯片由超导环路构成。但这是通用机器可能需要的一百万曲位的一小部分。
位于大学公园的马里兰大学的物理学家克里斯托弗·梦露(ChristopherMonroe)说，谷歌为其量子计算机设定的任务是“有点奇怪的”。谷歌物理学家在2016年首次打造了这个问题，它的设计对于普通计算机来说是非常困难的。该团队对其计算机（称为symore）进行了挑战，以描述来自随机数发生器的量子版本的不同结果的可能性。它们通过运行通过一系列随机操作的53量子位的电路来实现这一点。这产生了一个53位的1和0串，总共有253个可能的组合（因为其中一个SYCAMore的54被断开）。该过程是如此复杂以至于不能从第一原理计算结果，因此实际上是随机的。但是由于量子比特之间的干扰，一些数字串比其它串更有可能发生。这类似于滚动加载的管芯-它仍然产生随机数，尽管一些结果比其它结果更可能。
Syamore通过采样电路计算概率分布-运行一百万次并测量观测到的输出串。该方法类似于滚动模具以揭示其偏压。在某种意义上，梦露说，机器每天都在做一些科学家：用一个实验来找到一个量子问题的答案，这个问题是无法计算的。他说，关键的区别在于，谷歌的计算机不是单一用途，而是可编程的，并且可以应用于具有任何设置的量子电路。
验证解决方案是进一步的挑战。为了做到这点，团队将这些结果与来自模拟的较小和更简单版本的电路的结果进行了比较，这些电路是由经典计算机(包括在田纳西州橡树岭国家实验室的Summit超级计算机)完成的。从这些示例中推断，模拟整个电路的谷歌团队估计，即使在拥有100万个处理单元的计算机上也需要10,000年（相当于大约100,000台台式计算机）。Syamore只吃了3分钟和20秒。
谷歌认为他们的量子霸权的证据是气密的。即使外部研究人员减少了进行经典模拟所花费的时间，量子硬件也在提高，这意味着，对于这个问题，传统的计算机不太可能赶上，哈特穆特·奈文(HartmutNeven)说，他们经营谷歌的量子计算团队。
梦露说，谷歌的成就可能会通过吸引更多的计算机科学家和工程师到现场来受益于量子计算。但他还警告说，新闻可以创造一种印象，即量子计算机比真正的实际应用更接近主流实际应用。“街道上的故事是"他们"终于打败了一个普通的计算机：所以我们来了，两年了，我们会在我们的房子里找到一个"，”说。
事实上，梦露补充说，科学家们还发现，可编程的量子计算机可以解决一个有用的任务，无法以任何其他方式进行，比如通过计算特定分子的电子结构--一个需要建模多个量子相互作用的问题。AAronson说，另一个重要的步骤是在使用称为误差校正的过程的算法中证明量子霸权，这是一种校正噪声引起的误差的方法，否则会破坏计算。物理学家认为，这对于使量子计算机在规模上起作用是必不可少的。
Martinis说，谷歌正在努力实现这两个里程碑，并将在未来几个月公布其实验结果。
aronson说，google为证明量子优势而设计的实验可能有实际的应用：他创建了一个协议来使用这样的计算来向用户证明由量子随机数生成器产生的比特确实是随机的。例如，这在密码学和某些加密货币中可能很有用，这些货币的安全性依赖于随机密钥。
Martinis说，谷歌的工程师们不得不对他们的硬件进行大量改进，以运行该算法，包括构建新的电子来控制量子电路，并设计一种连接量子位的新方法。“这是我们未来如何扩大规模的基础。我们认为这种基本架构是向前发展的道路，”他说。
这篇文章被允许转载，并于2019年10月23日首次发表。