量子計算里程碑：超級電腦的挑戰與突破

量子計算與傳統超級電腦的競爭正進入白熱化階段。根據3月12日發表於《科學》期刊的研究，配備量子退火處理器的D-Wave量子電腦，在短短幾分鐘內解決了一個複雜的現實世界問題，而傳統超級電腦則需要耗費數百萬年才能完成。更驚人的是，研究團隊指出，超級電腦在運算過程中消耗的能量，甚至超過全球一年的總用電量。然而，另一組研究人員聲稱，他們已找到方法，讓傳統超級電腦在短短兩小時內解決該問題的一部分。

量子電腦利用量子力學原理，相較於我們日常生活中熟悉的傳統電腦，理論上能提供更強大的處理能力和速度。這種能力使量子電腦能夠更快地解決某些問題。然而，這項新研究結果卻引發了爭議，因為近年來類似的宣告層出不窮。量子計算領域尚處於起步階段，隨著超級電腦效率的提升，兩者之間的競爭愈發激烈。儘管量子電腦在解決真正隨機問題上展現出優勢，但在與現實世界系統相關的物理問題上，量子電腦尚未取得明顯優勢。

在這場最新的較量中，加拿大本拿比的D-Wave Quantum Inc.研究人員使用配備量子退火處理器的量子電腦進行實驗。退火處理器與其他典型的量子處理器不同，它們在執行特定任務時表現出色。這些處理器更適合解決大規模問題，因為它們的量子位元（qubits）與多個其他量子位元相連，而不僅僅是一個。然而，它們僅適用於特定型別的問題，例如最佳化問題，且D-Wave的電腦過去曾受到科學界的質疑。

在這項新研究中，D-Wave研究人員使用量子退火處理器模擬量子動力學，利用稱為自旋玻璃的磁化無序片段陣列進行實驗。這種設定與材料科學相關，理解這些系統的演化有助於設計新型金屬。D-Wave首席科學家Mohammad Amin表示：「這是對磁性材料的模擬。磁性材料在工業和日常生活中非常重要，」例如手機、硬碟和專用醫療感測器等裝置中都有應用。

研究人員模擬了這些系統在二維、三維和無限維度中的演化。在嘗試使用超級電腦進行近似計算後，他們得出結論：在合理時間內無法完成這項任務。D-Wave量子電腦科學家Andrew King表示：「這是量子計算的一個里程碑。我們首次在實際感興趣的問題上展示了量子優勢。」

南加州大學量子計算中心主任Daniel Lidar也認同D-Wave團隊取得了里程碑式的成果。他表示：「這是非常令人印象深刻的工作。他們確實在自己的硬體上執行了超越當前傳統方法的量子模擬。」然而，這項宣告並非毫無爭議。King及其同事大約一年前在arXiv.org上發布了他們的論文初稿，這讓另一組研究人員有機會審查這些發現。

紐約市Flatiron Institute的量子電腦科學家Joseph Tindall及其同事使用傳統電腦模擬了該問題的一部分。他們開發了一種方法，重新利用了一種已有40年歷史的演演算法——信念傳播，這種演演算法常用於人工智慧領域。他們的研究結果於3月7日提交至arXiv.org，尚未經過同行評審，但聲稱在某些二維和三維系統的情況下，比量子電腦的結果更為準確。

然而，傳統模擬僅專注於D-Wave結果的一部分，兩組研究人員對於傳統模擬是否能完全複製量子電腦模擬的能力，尤其是在三維系統方面，存在分歧。不過，量子電腦在無限維度系統上的表現無可爭議。儘管這並非嚴格意義上的物理系統，但它對改進人工智慧非常有用。Lidar指出，與二維和三維系統相比，模擬無限維度系統需要完全不同的方法，而這是否可行仍是一個未解之謎。