谷歌的量子模拟计算实验

笔记本足以应付

2018年12月，在谷歌做AI研究的科学家使用它们最好的量子处理器进行了一次科学计算。那时候用一台普通的笔记本电脑重新模拟量子处理器进行计算，然后还可以同样算出结果。

需要高性能台机

今年1月，谷歌的科学们又用升级版的量子处理器进行同样的科学计算。而这次要模拟量子计算的结果的话，需要使用性能很强悍的台机电脑来模拟计算。

居然要用到谷歌云计算

接着是2月份，继续做同样的测试，这次很意外。因为没有任何一款传统计算机能够模拟出这款新量子处理器的科学计算，然后得出相应的结果。最后，为了完成模拟计算得出结果，研究人员不得不利用谷歌庞大服务器网络（就是谷歌强悍的云计算）并且花费很长时间来完成这次任务。

量子人工智能实验室主任Hartmut Neven曾表示：“二月份那个时候我不得不说，我需要更多的传统计算机资源，不然真的无法模拟量子计算，得出结果。”他还说：“没办法，我们这次模拟演算已经用到一百万个传统的至强处理器！”

谷歌量子研究小组发现量子世界的“内文定律”？

Neven提出“内文定律”

今年5月份，在谷歌春季量子研讨会上，量子人工智能实验室主任Hartmut Neven率先提及到这个定律。在研讨会上，Neven表示，相对于传统计算机，量子计算机的计算能力正在以双重指数的速度迅速发展，这样的发展速度简直让人感到震惊。

“开始看起来没有什么明显的变化，没什么变化……突然间，你会被吓到尖叫，瞬间进入一个不可思议的世界！”Neven 继续表示：“这就是我们做量子研究所经历的”。

什么是“内文定律”

量子计算机的快速发展导致量子世界“Neven’s law”，中文翻译“内文定律”的诞生。所谓的“内文定律”，就是以传统计算机的计算能力为基本参考，来描绘量子计算机计算能如何快速发展的一种规则。

而现在的量子计算机正在以双指数的速度迅速发展。如果这一切成立的话并持续下去的话，量子霸权就要来了。

内文定律阐述量子霸权是如何到来的

内文定律阐述了量子计算以双重指数速率增长的原因

Neven表示，量子计算机的算力相对于传统计算机之所以能够以双重指数的速率增长，是因为量子计算机有两种变化的指数相互纠缠在一起了。

第一个是量子计算机相比传统计算机，具有指数形式的算力。比如，如果量子计算机的计算电路具有四个量子比特位的话，那么传统计算机的计算电路就需要16个（2的四次方）传统比特位才能获得与量子计算机同样的算力。即使现在量子技术还不算很成熟，这个定律也是成立的。

第二个变化的指数是来源于量子处理器的不断革新升级，算力不断提升。Neven表示性能最好的量子芯片量子性能一直以指数速度发展。

而量子芯片之所以能够不断革新升级，是因为量子电路中误码率在不断减少。通过减少误码率，量子工程师们就可以制造出更大、性能更强悍的量子处理器。

双重指数增长的算力是如何算出来的

实际上，如果以量子性能（量子比特位为基本单位）来衡量量子计算机的发展，那么量子计算机的量子性能是和传统计算机类似的，量子性能呈现指数式的增长。

然而，我们使用传统计算机的时间已经有半个多世纪了，基本上都是习惯用其来演算我们需要解决的数学计算。既然量子计算机和传统计算机之间算力换算是指数关系，而量子计算机的量子性能又是成指数增长的。如果用传统计算机为基本参考，模拟量子计算的话，随着时间的推移，就可以得出双重指数关系。

“内文定律”将导致量子霸权的到来

根据Neven的观点，双重指数增长是这样的：在传统计算机（摩尔定律）的指数增长的基础上，指数也作为新的底数呈现指数增长。只有量子计算机算力的发展速度才符合这样类型的函数，现实生活很难找到如此相似的例子。因此，量子计算的发展是最快的，量子霸权很快就来临。

业内很多人依然对“内文定律”抱着怀疑的态度

虽然内文定律能很好地阐述量子计算领域是如何飞速发展的，但不是每个都相信这一点。原因有两个：

首先，虽然摩尔定律可能开始不适用，但是芯片性能依然不断提升，传统计算机的发展并没有停滞不前；

此外，计算机科研人员在不断改进、优化传统计算机系统的科学算法，让传统计算机算力不断提升。

大家都知道，在如今的量子计算机领域，关于量子计算机和传统计算机到底谁计算能力更强仍然还有争议。但是有一点不可否认的是，量子计算技术在不断提升。

所谓的将达到“量子霸权”让人难以置信

令人难以置信的“量子霸权”

在量子计算领域，最终目标就是能够执行有效的量子计算。量子计算对于传统计算机来说是非常吃力的，即便现在性能位居全球首榜—Summit超级计算机，也无法在特定时间内模拟这种量子计算。难道这就能说明量子霸权就要很快到来？

事实上，迄今为止，量子霸权是很难达到的。因为在物理实验上，无论是中国还是美国都没有量子装置能够达到如此不可思议的量子计算。

而国外美国媒体曾经表示，如果“Neven’s law”—“内文定律”成立的话，那么量子霸权就距离我们不会很遥远了。其实量子人工智能实验室主任Hartmut Neven自己也不敢很确切地预计到，他带领的研究量子计算的Google团队何时实现量子霸权。但他仍然坚信自己很快就会实现。

以下是摘录国外媒体记录Hartmut Neven的原话：

“We often say we think we will achieve it in 2019,” Neven said. “The writing is on the wall.”

在没有任何实验数据支撑情况下，这样夸夸其谈是不是有点不切实际？量子霸权不是那么容易的。

量子计算新领域中美难分胜负

其实在量子计算这个领域，无论是美国还是中国都是几乎从零开始。美国研究方向依然是传统的电子，而中国研究方向是光量子。

在半导体芯片时代美国是几乎垄断并称霸了整个产业，量子计算机还想一家独大显然是不可能的，因为在量子计算领域中国下的功夫相对于美国肯定是有过之而不及。就目前数据来看，很难分出中美谁把握核心技术更多，因为这一切都是绝密，我们普通人无从知晓。

不过，美国科研人员这样空口说大话显然是对自己不负责。难道不怕虚心学习的中国在量子计算领域弯道超车？