阅读这个故事时，您将学到以下内容：

  • 多年来，像谷歌和各种中国研究机构这样的公司声称已实现“量子优越性”——量子计算机完成经典计算机无法完成的计算任务的能力。
  • 专家们对这些说法表示怀疑，但现在，一个团队实现了他们所称的“无条件的量子信息优越性”。
  • 制造出能够容错的量子计算机仍面临巨大障碍，这将开启计算的新纪元。

花一个下午阅读关于量子计算的内容，您很快就会遇到“量子优越性”这个术语。虽然这听起来相当高大上的夸口，但这个概念相对简单：如果一台量子计算机——其有用的量子比特处于叠加态——能够进行经典超级计算机无法完成的计算，那么它就实现了量子优越性。

谷歌首次尝试在2019年声称获得霸权，而中国的研究人员在一年后提出了同样的观点。但在这两种情况下，专家们并不确定是否真正实现了霸权。在谷歌的案例中，其Sycamore量子计算机在三分20秒内完成了一项任务，该公司表示经典计算机需要10,000年才能完成。

然而，在2024年，中国的上海人工智能实验室使用一台令人印象深刻但毫无疑问是经典的超级计算机在14秒内完成了该任务。

正如新科学家所指出的，证明优越性是众所周知的困难的，因为你需要确保经典算法永远无法解决量子计算机面临的任务——而德克萨斯大学奥斯汀分校的科学家们似乎终于做到了这一点。

在一项发表在预印本服务器arXiv的研究中，来自美国的研究团队在德克萨斯大学奥斯汀分校的科学家领导下报告称，他们成功地展示了量子计算机与经典计算机之间的“无条件区分”。

“量子信息科学的一个长期目标是展示无法在经典计算机上有效重现的量子计算，”作者写道。“我们构建了一个任务，对于这个任务，最节省空间的经典算法证明需要 62 到 382 位内存，而我们仅用 12 个量子比特就解决了这个任务[…]. 这种量子优势，我们称之为量子信息优越性，标志着量子计算的新基准，这一点不依赖于未经证实的猜想。”

在实验中，量子计算机使用由离子制成的量子位，并通过激光进行控制。研究人员没有创建一些极其复杂的计算，而是专注于一个相对简单的任务。目标是展示量子设备能够使用显著少于经典计算机所需的经典比特数量的量子位来解决任务。

将系统的两端分别称为爱丽丝和鲍勃，任务要求爱丽丝创建一个量子态，而鲍勃测量该状态以理解其属性。量子计算机随后优化了这一过程，直到在爱丽丝揭示状态之前，鲍勃的输出就能被预测，新科学家的报道指出。

虽然量子计算机只需要12个量子位来完成这一任务，但作者指出，经典计算机需要62到382个比特来执行相同的任务——这无疑是量子信息优势的证据。

“与之前依赖未经验证的复杂性假设的量子优势演示不同，我们的结果是可证明且持久的：未来经典算法的发展无法缩小这一差距。”作者们写道。

虽然这很不错，但科学家们早就隐约觉得量子计算最终会超越其经典对应物，这主要是因为量子比特的叠加特性。接下来真正的挑战是要构建超过1,000个量子比特的容错量子计算机——令人兴奋的是，进展非常顺利。

在本周发表在期刊Nature上的一篇论文中，哈佛科学家成功演示了一种具有3,000个量子比特的相干计算机，并且使用了新的纠错方法。

随着量子霸权的实现得到了验证，相关工作仍在继续，让这些未来科技计算机的承诺变为现实。