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想象你是一名赛车裁判,正在判断一辆全新的、未来感十足的电动汽车(即量子计算机)是否真的比一辆高性能跑车(即经典计算机)更快。
这篇论文的作者,一个来自波兰的研究团队,决定重新审视近期关于这辆电动汽车正在获胜的声明。他们发现,虽然这辆电动汽车在仪表盘上看起来很快,但仔细审视整场比赛后发现,它实际上正在落后。
以下是他们研究发现的分解,使用了简单的类比:
核心问题:“秒表与单圈时间”
过去,当人们比较这些计算机时,他们通常只计时引擎实际轰鸣的时刻(即“计算”过程)。他们忽略了以下过程所花费的时间:
- 启动引擎。
- 挂挡。
- 检查轮胎。
- 在终点线读取速度表。
作者们认为,对于量子计算机而言,这些“额外步骤”所花费的时间如此之长,以至于完全破坏了速度优势。你不能只给引擎计时;你必须计时从车库到终点线的整个旅程。
案例研究 1:量子退火机(“慢速读取”比赛)
声明: 最近的一项研究称,量子退火机(一种用于解决优化问题的量子计算机)随着问题规模的增大,速度正在变快。
现实核查: 作者们重新进行了实验,但计时了整个过程,包括读取结果。
- 类比: 想象一名短跑运动员在 100 米冲刺中仅用了 0.5 秒(量子部分)。但是,每次冲过终点后,他都必须慢慢走回起点以记录成绩,这需要 200 秒。
- 结果: “冲刺”很快,但“走回起点”太慢了,以至于随着比赛变长,总时间并没有变得更好。目前,量子计算机主要受限于“读取答案”所需的时间,这使得它在这些任务上并不比最好的经典计算机更快。
案例研究 2:西蒙问题(“魔术”与“计算器”)
声明: 另一项研究显示,一台量子计算机在解决特定的数学谜题(西蒙问题)时,使用的“问题”(预言机调用)远少于经典计算机。这看起来像是一个魔术:量子计算机只需要几次猜测,而经典计算机则需要数百万次。
现实核查: 作者们考察了在真实机器上解决该谜题所花费的实际时间。
- 类比: 量子计算机就像一位巫师,能在 1 秒内猜出答案,但这位巫师施展咒语和读取结果的速度非常慢。经典计算机则是一台超高速计算器,它需要问一百万个问题,但它提问的速度如此之快,以至于在 0.03 秒内就完成了整个工作。
- 结果: 尽管量子计算机提出的问题更少,但运行咒语的“开销”使其在现实世界的时间中慢了 100 倍。这种“魔法”还不够快,无法击败计算器。
案例研究 3:混合算法(“不公平的比赛”)
声明: 第三项研究声称,一种混合量子 - 经典算法是解决复杂商业问题的最快方式。
现实核查: 作者们发现了两个主要问题:
- 秒表坏了: 他们没有计算调整设置(超参数)所花费的时间,也没有计算经典计算机帮助量子计算机所花费的时间。
- 对手太弱: 他们将量子计算机与一个“缓慢”的经典算法(CPLEX)进行了比较,而该算法并未针对特定类型的问题进行优化。
- 类比: 这就像将法拉利与自行车进行比较,但只计时法拉利的引擎,而忽略了开车前往赛道所花费的时间。当作者们将一辆真正的、高速的跑车(经过调优的经典算法)放入比赛时,量子“法拉利”并没有获胜。事实上,经典汽车更快。
主要结论
该论文得出结论:我们实际上尚未在现实世界的速度中看到真正的“量子优势”。
仅仅因为量子计算机具有理论优势(例如需要更少的步骤),并不意味着它今天就能赢得比赛。目前的“开销”(设置、读取结果、冷却等)过于沉重。
作者对未来比赛的建议:
为了证明量子计算机确实更快,未来的研究必须:
- 计时整个旅程: 将设置、读取和冷却时间包含在秒表中。
- 选择公平的对手: 与最好、最现代的经典计算机进行比较,而不是过时的计算机。
- 诚实地对待统计数据: 不要只挑选量子汽车获胜的那一场比赛;要查看平均表现。
在满足这些条件之前,“量子优势”仍然是对未来的承诺,而非今天的现实。
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