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量子計算機很神?18歲華裔少年用經(jīng)典計算機算得一樣快

2018-08-03 00:33:05 來源:澎湃新聞 作者: 點擊圖片瀏覽下一頁

 電商平臺和視頻網(wǎng)站該給用戶推薦哪些產(chǎn)品和新片?這背后的算法,被稱為“推薦問題”。推薦問題曾是量子計算“秒殺”經(jīng)典計算機的最佳案例,然而,美國一位18歲華裔少年唐(Edwin Tang)近日提出了一種經(jīng)典算法,其性能表現(xiàn)和量子計算相當(dāng)。

  這再次掀起了量子計算機到底能在多大程度上實現(xiàn)“量子加速”乃至“量子霸權(quán)”,超越經(jīng)典計算機的討論。

  “這曾是量子加速的最好例證,但現(xiàn)在不成立了。”這位得州大學(xué)奧斯汀分校的畢業(yè)生告訴Quanta Magazine雜志。畢業(yè)幾周后,唐在導(dǎo)師阿倫森(Scott Aaronson)的帶領(lǐng)下,在加州大學(xué)伯克利分校的一個重磅量子計算會議上公布了這個成果。

 

華裔少年Edwin Tang “量子位”微信公眾號 資料圖給神童布置的作業(yè)

  今年九月,唐將去華盛頓大學(xué)攻讀博士學(xué)位。他的學(xué)習(xí)經(jīng)歷頗有神童色彩,14歲時就連跳三級,直接進入得州大學(xué)奧斯汀分校就讀計算機和數(shù)學(xué)專業(yè)。

  阿倫森是頂尖的量子計算專家,專注于測試“量子霸權(quán)”。這是一個由加州理工學(xué)院教授John Preskill在2012年提出的概念,即量子計算機在特定問題上表現(xiàn)超過世上最好的經(jīng)典計算機。傳統(tǒng)的計算機運用要么是“0”,要么是“1”的二進制比特進行計算,量子計算機使用的量子比特則可以是“0”或“1”。理論上,10個量子比特就可以同時計算2的10次方次。

  他估計,“量子霸權(quán)”需要超過49個量子比特。

  阿倫森在教授一堂量子信息課程時,很快就發(fā)掘了唐的天賦。他交給唐一些需要獨立解決的問題,由他自己挑選。

  唐不太情愿地選擇了“推薦問題”:“這看起來是個難題,但這已經(jīng)是他給我的問題最簡單的一個了。”

  一個視頻網(wǎng)站擁有的數(shù)據(jù),就是所有用戶曾在上面瀏覽過的影片。據(jù)此,它要如何猜出你可能想要觀看的新影片?

  這些數(shù)據(jù)等于一個網(wǎng)格,橫向是不同的電影,縱向是不同的用戶,依據(jù)用戶對該電影的喜好程度,可以在網(wǎng)格中填入相應(yīng)的數(shù)值。

  一個聰明的算法所要做的,就是快速而準確地找到其中的相似性,在空白的網(wǎng)格上填上數(shù)值。

  2016 年,法國巴黎七大的Iordanis Kerenidis 和 新加坡南洋理工大學(xué)Anupam Prakash公布了一種“量子推薦算法”,比經(jīng)典算法有了指數(shù)級的提高。這種算法并不企圖填滿整張空白網(wǎng)格,而是把用戶簡化成幾個大類。

  這個案例當(dāng)時是激動人心的。此前雖有人利用量子算法獲得了指數(shù)級的速度提升,但都是在很窄的應(yīng)用問題上,更像是精致的小游戲。量子推薦算法則是在一個日常人都會接觸到的領(lǐng)域證明了量子計算的價值。

  不過,這兩名計算機科學(xué)家只證明了量子推薦算法要比已知的任何經(jīng)典推薦算法都要快得多,但卻沒有證明不存在更快的經(jīng)典推薦算法。

  阿倫森布置給唐的作業(yè),就是要補上這個漏洞,證明沒有比得上量子算法的經(jīng)典推薦算法。

  題目本身就錯了

  唐在研究的過程中,卻越來越覺得這樣的經(jīng)典算法是存在的,他反復(fù)地自我質(zhì)疑,因為阿倫森是領(lǐng)域里的權(quán)威。

  最終,唐向阿倫森去信坦白了自己的想法。

  在量子推薦算法的啟發(fā)下,唐發(fā)現(xiàn)他們所用的量子采樣技術(shù)完全可以在經(jīng)典算法里復(fù)制。具體來講,把用戶數(shù)量、產(chǎn)品數(shù)取對數(shù)后,計算時間就會大大減少。

  阿倫森反復(fù)驗證了這個經(jīng)典算法的正確性,確保唐不會出道即“出糗”。

  最終,在加州的量子計算會議上,面對著一眾領(lǐng)域內(nèi)的“大佬”,唐連做了兩場報告,并得到了普遍的認可,包括提出量子推薦算法的Kerenidis。他表示,唐的報告很成熟,他完全意識不到唐才18歲。

  下一步,唐的論文將接受正規(guī)的同行評議,以爭取正式發(fā)表。

  “殺死”量子計算?

  進入2018年,各大科技巨頭競爭“量子霸權(quán)”的格局越發(fā)激烈。IBM完成了50比特原型機;谷歌發(fā)布了研制高質(zhì)量72比特量子計算機的計劃;微軟則宣布在5年內(nèi)造出擁有100個拓撲比特的量子計算機。

  不過,這不是個簡單的比誰比特數(shù)多的問題。一部分科學(xué)家對量子計算的前景仍持保守態(tài)度:在基礎(chǔ)量子理論層面上,學(xué)界還沒有解決量子比特的質(zhì)量問題,即保持長時間、噪音少的量子糾纏。

  在這個節(jié)骨眼上,唐的研究可以算是重創(chuàng)了量子計算,證偽了一個最能顯示量子計算機優(yōu)勢的成果。但不能否認的是,唐的經(jīng)典算法是在量子算法的基礎(chǔ)上演化而來的,這點亮了兩者之間的互動潛力。

  正如阿倫森所說:“唐抹殺了Kerenidis 和Prakash的量子加速,但換個角度,唐的巨大成就是建立在他們的基礎(chǔ)上的。要不是先有了他們的量子算法,唐永遠做不出他的經(jīng)典算法。”

  在其他問題上,我們也完全可以期待由量子算法啟發(fā)出更多更好的經(jīng)典算法。這或許是發(fā)展量子計算的“曲線救國”方案:就算短時間內(nèi)造不出量子計算機,量子計算的思路本身就能創(chuàng)造價值。  

責(zé)任編輯: 劉偉
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