破世界紀錄！60量子比特的量子計算模擬實現了

近日，墨爾本年夜學的研究團隊頒布發表，他們初次當作功模擬了 60 量子比特的量子計較機上 shor 算法的運行，締造了新的宿世界記載。其所模擬的量子比特數量也當作功躋身于全球領先行列。

此外，該研究經由過程優化算法，使算法生當作的矩陣積態（Matrix Product State）可對量子態進行表征，降低了量子計較機模擬過程中對傳統計較機運算能力和存儲資本的要求。

用傳統計較機模擬量子計較是很棘手的工作。傳統計較機利用二進制比特進行編碼和運算，二進制比特有兩種可能的狀況：0 或 1，每一個比特每一個剎時只能取此中一種狀況。而量子計較機利用的量子比特，并不只是一個邏輯概念，它的量子特征要求每一個比特還必需是一個微不雅粒子，好比原子或光子。量子比特在測量到之前可以處于 0 和 1 的疊加態 (superposition)，每一次不雅測會使它以必然的概率塌縮到此中一個狀況中去。好比兩個傳統比特的在每一剎時只能為：00，01，10，11 的四種，可是兩個量子比特卻處于這四種狀況（22）的疊加，每一種狀況都有必然的概率被不雅察到。

同理，一個 50 量子比特的計較機便處于 250 個狀況的疊加態。“要模擬這 50 個量子比特的狀況，就需要 250 個傳統比特來同時儲存每一種可能，”墨爾本年夜學傳授 Lloyd Hollenberg 詮釋到。這 250 個狀況中的每一個都用復數暗示，一個復數占用 128 比特，這就需要 18 PB 的容量（1 PB=1024 TB≈106 GB），只有超等計較機才有這么年夜的容量來儲存。換句話說，模擬一個 50 個量子比特的計較機，就要吃失落 18 PB 的內存，這半斤八兩于一百萬臺 16 GB 內存的筆記本電腦的總合。模擬 60 量子比特就需要 18000 PB 的存儲，這半斤八兩于 10 億臺筆記本電腦。

這還僅僅是存儲，若是要跑一個算法呢？

Hollenberg 是量子計較和通信中間的副本家兒任，在一篇還未頒發的論文中，他與合作者描述了一種對秀爾（shor）算法的優化模擬方式。秀爾算法以數學家彼得秀爾定名，是一種針對因數分化的量子算法。傳統意義上講，分化質因數一向是宿世界難題，而這個范疇也被認為是量子計較機最有潛力超越傳統計較機的范疇。

找到一個 232 位的半素數（兩個素數的乘積）的質數因子，一臺超等計較機要算兩年時候，通俗的筆記本電腦則要算 2000 年。并且半素數每增添一位，分化難度就呈指數級增添。當然，如斯年夜的計較量也帶來了一個益處，好比 RSA 公鑰加密系統就是用很是年夜的半素數作為密鑰。破解這種密鑰幾乎不成能，RSA-240 密鑰至今都沒有被破解。

墨爾本年夜學研究人員針對分化半素數的一個簡單版本： 961307 可以分化為哪兩個素數的乘積，對擁有 60 量子比特的量子計較機進行模擬。固然這個問題對于一臺通俗的筆記本電腦來說并不是難事。可是，今朝量子計較機的成長還不克不及夠解決這種問題。

“我們想要提高自身的極限，然后看一下針對某一特心猿意馬的算法問題，我們可以優化我們的模擬計較能力到什么樣的程度。在這項模擬使命中，我們發現可以針對算法中量子糾纏的度來規劃我們的模擬計較。”Hollenberg 說。研究人員對秀爾算法進行了優化，發現“算法中的糾纏布局可以利用一種特心猿意馬的矩陣積態來表征，這種方式可降低對傳統計較機的要求。”

圖 | 60 個比特所處分歧狀況的概率“叢林”

為了模擬 60 量子比特的量子計較，研究人員在 Pawsey 超算中間一共動用了 216 個結點，5184 個計較焦點和 13.824TB 的內存，破費了 8 個小時。“此次模擬幾乎用失落了 Pawsey 所有分派的算時，好在我們當作功了”，Dang 說。“據我們所知，這是對秀爾算法的最年夜規模的一次模擬。”

對量子計較機的模擬---即利用來解決如許一個簡單的問題---也會幫忙研究人員更好的理解和測試量子計較機將來所面臨的問題，以便在真正的量子計較時代到來之時，做好籌辦。一向以來，業界共識是，50-100 量子比特已經超出傳統計較模擬的規模，而當作功地模擬 60 量子比特，讓這一鴻溝標的目的前推進，可以讓我們更好的理解量子計較優勝性的尺度。

此次模擬也意味著，量子計較機可以更好地進行基準測試和驗證了。“模擬量子計較的能力越強，就可以更好地對真正的量子計較機進行基準測試”，Hollenberg 彌補到。“這個程度的模擬量子算法，對領會量子計較機的物理操作，軟件運行和能解決的問題，都起到了至關主要的感化。”

文章出處：百度知道日報（）