量子计算又双叒叕有大新闻啦！
2023 年 7 月，来自谷歌的量子计算团队在 arXiv 预印本库刊登了最新的研究成果——该公司的量子计算机“悬铃木”（Sycamore）经过迭代升级，已经具备了超出了现今所有的经典超级计算机的能力，从而“再次”验证了“量子优越性”。
“量子优越性”
量子时代即将到来的曙光
或许在很多人的印象中，世界上运行速度最快的计算设备是超级计算机，比如我们熟知的“神威·太湖之光”“天河二号”等。而就在 2023 年 5 月，最新一期的超级计算机 Top500 也显示，美国橡树岭国家实验室（ORNL）的 Frontier 超级计算机以 1.194 Eflop/s（百亿亿次）的性能赢得了世界速度最快的排名。
但是，量子物理领域的科学家和工程师们正在借用量子技术来颠覆这一历史。
橡树岭国家实验室（ORNL）的 Frontier 经典超级计算机。图片来源：Carlos Jones/ORNL, U.S. Dept. of Energy
实际上，无论是超级计算机还是商用的笔记本电脑，它们都属于经典计算机。相比于经典计算机，量子计算机从理论上讲具有更大的优势。
经典计算机使用比特（bit）作为基本运算单元，它只能以确定性的方式表示 0 或 1，用于进行数据的二进制运算。相比之下，量子计算机采用了全新的计算方式，其基本运算单元是量子比特（qubit）。量子比特具有叠加的特性，可以同时表示 0 和 1 的叠加态，也就是说，量子比特可以以一定的概率同时处于 0 态和 1 态。
正是由于量子比特的这种奇特性质，量子计算机能够以 0/1 叠加态进行并行运算，从而在理论上具备远超经典计算机的指数级的强大计算能力。
量子计算的强大远超经典计算机。图库版权图片，转载使用可能引发版权纠纷
但在谷歌此次发布新成果之前，量子计算机的优势只存在于理论之中。
虽然早在 1981 年，物理学家理查德·费曼（Richard Feynman）就提出了量子计算机的概念，但时至今日，全世界的量子物理学家和工程师已经花费了无数时间和精力，仍然未能建造出能够通用化的量子计算机。
在 2012 年，量子理论物理学家约翰·普雷斯基尔（John Preskill）提出“量子优越性（Quantum Supremacy）”的概念，即：量子计算机需要在特定的问题求解上，表现出超越经典计算机的能力，从而解决连超级计算机都无法在短时间内解决的计算任务。
理查德·费曼（Richard Feynman）（图左）；约翰·普雷斯基尔（John Preskill）（图右）。图片来源：Wikipedia
尽管量子计算机的发展仍然处于起步阶段，也有可能对某个特定的问题求解并没有太多的实用价值，但只要量子计算机可以展现出自身的“量子优越性”，那么就有足够的理由相信，属于量子计算的时代即将到来。
量子计算 VS 经典计算
量子计算机的“虚晃一枪”
实现“量子优越性”的概念，被认为是量子计算机发展历史上的一个重要里程碑。而这种“特定的问题求解”通常需要满足以下 2 个条件：
其一，该问题适合采用量子计算机进行运算处理，从而发挥出量子计算的潜力；
其二，该问题的运算对于经典计算机而言，需要足够复杂，但同时仍然能够用经典计算机验证运算结果的正确性。
这种“特定的问题求解”通常包括：“量子随机线路采样（Random Circuit Sampling）”“量子随机漫步（Quantum Random Walk）”和“玻色采样（Boson Sampling）”等。
量子计算机只要在这种特定的问题求解上，消耗的计算资源或者运算时间远小于最先进的经典超级计算机，就可以充分展示自身的“量子优越性”。
