从理论上讲，量子计算机在使用被称为量子位的组件时能大大胜过传统计算机。现在，IBM说它已经在一台老式的超级计算机上模拟了一个56 位量子比特的量子计算机，一些先前建议的任务超出了常规机器的能力。

研究人员补充说，这些发现并不意味着谷歌和其他人应该放弃他们的量子计算机项目，相反，他们认为传统的超级计算机可以帮助确保量子计算机通过对其结果进行双重检查来确保实际工作。

经典的计算机将晶体管打开或关闭以表示数据为1和0。相比之下，量子计算机使用量子比特或量子位，因为量子物理的超现实性质，可以处于叠加态，它们可以同时处于1和0状态。

量子位采用的叠加让它们每次执行两次计算。 如果两个量子位是量子力学连接或纠缠的，它们可以同时执行2 ^ 2或4次计算; 三个量子位，2 ^ 3或八个计算; 等等。 原则上，具有300个量子位的量子计算机在瞬间可以执行比可见宇宙中的原子更多的计算。

“最终，量子计算机将获得如此多的量子比特，传统的计算机无法赶上，”研究报告的主要作者Ed Pednault在纽约约克镇高地的Thomas j . Watson研究中心说。

之前的研究表明，在大约50个量子位上，量子计算机将实现“量子至上”，解决传统机器的实际极限之外的问题，无论是计算复杂度，可用内存，还是两者兼而有之。到2017年底，谷歌希望在推动量子至上的过程中制造出一个49量子位芯片。

现在，IBM说他们已经在加州的劳伦斯利弗莫尔国家实验室使用Vulcan超级计算机模拟了一个56量子比特的量子计算机。科学家们在10月16日在ArXiv预印服务器上详细说明了他们的发现。

而56量子位理论上量子计算机可以同时执行2 ^ 56个操作，IBM的成就涉及将这个任务分成2 ^ 19片,每个基本上有2 ^ 36操作。这一策略意味着研究人员只需要3兆兆字节的内存来模拟量子计算机。与此形成鲜明对比的是，在2017年早些时候，瑞士联邦理工学院(Swiss Federal Institute of Technology)在苏黎世的45量子位模拟需要500兆兆字节的内存。

IBM Thomas j . Watson研究中心的高级作者Robert Wisnieff说:“在我们的工作中，我们能够持续地完成一周前我们认为不可能的事情。”“这就像你每天都来上班一样。”

IBM研究人员强调，这类模拟量子计算机并不是用来取代量子计算机的。例如，一个完美的56量子位计算机可以“在100微秒或更短的时间内完成实验”，而“我们花了两天时间，所以速度慢了10亿倍，”Wisnieff说。

德克萨斯大学奥斯汀分校(University of Texas at Austin)的理论计算机科学家斯科特·阿隆森(Scott Aaronson)说:“这种模拟实际上是验证他们正在计划的实验类型的必要条件。”而不是为了达到量子优势的实验，“这种模拟实际上是验证他们正在计划的实验类型的必要条件。”

通过模拟量子计算机，传统的超级计算机可以对实际量子计算机的结果进行双重检查，以确定它们是否正常工作。Wisnieff说:“我们现在可以开始制造50个量子位的机器，但我们知道他们的行为并不理想。”如果量子计算机的结果不能与模拟结果相匹配，研究人员就知道他们可能有问题要解决。

Wisnieff说，模拟量子计算机还可以帮助研究人员探索出真正的量子计算机的最佳应用，找出他们解决的问题比传统的计算机更好。他补充说，模拟量子计算机的错误也可以帮助科学家找出实际量子计算机中出现问题的原因。

目前还不确定传统机器能模拟多少量子位的极限。“在这一点上，我们不知道我们到底能走多远，”Wisnieff说。“但量子计算机最终获胜只是个时间问题。”

原文链接：

https://spectrum.ieee.org/tech-talk/computing/hardware/ibms-quantum-leap-simulates-56qubit-machine