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81比特打脸谷歌,阿里实现全球最强量子电路模拟器“太章”
时间:2018-05-09 10:11:53来源:千人智库网
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提要:“太章”的测试结果显示,根据谷歌第一版的随机量子电路,其计划中的72比特量子计算机无法实现所谓的“量子霸权”,即在特定问题上超越一切经典计算机的能力。
81比特打脸谷歌,阿里实现全球最强量子电路模拟器“太章”

两个月前,谷歌发布了研制全球首个高质量72比特量子计算机的计划,剑指“量子霸权”,但这个目标刚刚被阿里巴巴最新的模拟结果打脸了。58日,澎湃新闻从阿里巴巴获悉,达摩院量子实验室近日研发出目前世界最强大的量子电路模拟器“太章”,率先成功模拟了81比特40层作为基准的谷歌随机量子电路。此前,达到这个层数的模拟只能处理49比特。

“太章”的测试结果显示,根据谷歌第一版的随机量子电路,其计划中的72比特量子计算机无法实现所谓的“量子霸权”,即在特定问题上超越一切经典计算机的能力。

该研究成果以论文的形式在预印本网站arXiv上提交,文章并列第一作者为阿里量子实验室量子科学家陈建鑫与实习生张放。

“太章”之名取自:《淮南子·墬形训》:“禹乃使太章步自东极至于西极,二亿三万三千五百里七十五步。”

阿里巴巴称,“太章”寓意用一种经典的方式来理解量子的运行,就跟太章徒步测量东极至西极的距离那样。

在量子计算目前的模型中,有一类是量子电路模型,实现形式是将信息存储在量子比特中,通过类似经典逻辑门的量子门来实现计算。

量子计算机依据一套完全不同于经典计算机的量子力学法则运行。经典计算机中的比特为01,量子比特却可以同时是01。在理想状态下,50个量子比特一次可以进行250次方次运算,秒杀世上最强的超级计算机。

然而,也因为目前的技术无法控制大规模、高质量的量子比特在稳定的计算状态,量子计算机仍离理想状态很远。目前,世界公开技术参数的量子计算机只有20几个比特。

量子电路模拟器是量子计算战场周边的前哨阵地,起到承上启下的作用。通过模拟目前还无法实现的更大规模量子计算机,模拟器能帮助理解、设计量子计算机硬件,探索量子算法和应用。

2016年,谷歌提出将在9量子比特1维阵列中实现的1%读取误差,0.1%单比特门误差,0.6%两比特门误差保持到更大规模的量子系统来实现量子霸权电路的方法。

在方案中,谷歌认为当该二维阵列上的比特数达到50, 电路层数达到40左右,就能实现对当前世界上最强大的经典计算资源的超越。

此后,若干研究团队纷纷在不同的超级计算机上对该类电路进行模拟。之前,全球最好的研究结果尚未同时达到50比特40层。

“太章”首次使得验证及测试50-200量子比特的“中等规模”量子算法成为可能,在它的模拟中,谷歌的量子霸权计划可能会暂时落空。在未来,它将辅助设计中等规模量子算法、量子软件乃至量子计算机。

“太章”的另一大亮点是通信开销极小,在648x8)比特40层的模拟中,“太章”只需2分钟即可完成,且只动用阿里巴巴计算平台在线集群14%的计算资源。

陈建鑫团队介绍道,目前业界主流的模拟方案有两类,一类是存储量子状态的所有振幅,一类是对于任意振幅都可以迅速计算得到结果。第一类模拟方案,基本都在超级计算机上实现,因为存储45比特的量子状态需要Petabyte量级的内存,在存储这么多数据的同时对该量子态进行操作并进行计算,需要不断地在不同的计算节点之间交换数据,这样的通讯开销对于普通云服务是难以承受的。

在阿里巴巴计算平台的在线集群上,实验室团队采用了第二类模拟方案,通过快速有效的计算任意振幅,任务拆分后可以将子任务十分均衡地分配到不同节点,极少的通信开销使得模拟器适配现在广泛提供服务的云计算平台。

利用阿里计算平台的在线集群的少量计算资源(14%左右)实验室团队成功模拟了9x9 x40也就是81比特40层随机电路,还分别成功模拟了100比特35层(10x10x35, 121比特31层(11x11x31)与144比特27层(12x12x27)的随机量子电路。

2017年,国际知名量子科学家施尧耘加入阿里巴巴担任首席量子技术科学家、量子实验室主任。

施尧耘1997年本科毕业于北京大学,后在普林斯顿大学取得计算机科学博士学位,是密西根大学安娜堡分校终身教授。他曾师从“图灵奖”目前唯一亚裔得主姚期智。

施尧耘在量子科学方面的研究领域很广,包括量子算法和复杂性,量子通信复杂性,量子系统和量子计算的经典模拟,量子信息学和量子密码学。

此外,两次理论计算机最高奖哥德尔奖得主、匈牙利裔美国计算机科学家马里奥·塞格德(Mario Szegedy)于今年年初也加入该实验室。

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