AI证实量子计算机在随机问题上无显著优势

AI证实量子计算机在随机问题上无显著优势,终结了1999年以来的AA猜想。该证明由PSI团队利用Fable 5.2模型完成,经Lean形式化验证。学界认为这明确了量子加速的适用边界,而非其终结。

人工智能(AI)近期证实了一项关于量子计算能力的长期猜想:在处理某些缺乏特定数学结构的随机问题时,量子计算机并不具备显著优势。

Fable 5.2耗时4天完成验证
量子计算机在某些计算中无法显著超过标准计算机

这一结论终结了自 1999 年以来困扰学界的“阿伦森-安巴尼斯”(Aaronson-Ambainis, AA)猜想。当时,德克萨斯大学奥斯汀分校的斯科特·阿伦森(Scott Aaronson)与拉脱维亚大学的安德里斯·安巴尼斯(Andris Ambainis)提出假设,认为对于几乎无结构的问题,经典计算机可以近似达到量子计算机的性能,而无需付出更多时间成本。换言之,在这类场景下使用量子计算机并非必要。

尽管研究人员早已知晓 Shor 算法在质因数分解等具有特定数学结构的问题上展现出的量子优势,但一直未能证明这种优势是否适用于更广泛的领域。直到最近,物理超级智能(PSI)创业公司的 David Turturean 及其团队利用 Anthropic 的 Fable 5.2 模型完成了这一证明。

Turturean 指出,这是一个极具挑战性的数学问题,也是少数几个长期悬而未决且值得研究的难题之一。该突破消除了关于量子计算机擅长领域的诸多不确定性。

AA 猜想的核心在于测试计算机对巨大随机字符串(由 0 和 1 组成)的回答能力。阿伦森和安巴尼斯将这一计算机科学问题转化为多项式语言,使其成为纯数学领域的一个命题。阿伦森表示,没想到这一问题会引发如此广泛的兴趣,甚至吸引了非量子计算领域的研究者。

据 PSI 团队介绍,Fable 5.2 模型花费约 4 天时间完成验证,期间经过两次改进和完善,最终通过 Lean 软件进行了形式化验证。随后,团队将证据分享给斯坦福大学的 Guy Blanc、Jordan Docter、Carmen Strassle 和 Li-Yang Tan 组成的研究小组。斯坦福团队在联合声明中表示,新证据超越了此前所有相关研究,其证明路径完全不同且更为复杂,各部分以一种全新的方式紧密交织。

加州大学圣地亚哥分校的沙查·洛维特(Shachar Lovett)评论称,这篇论文揭示了数学家可以学习和复用的技巧,有助于指导未来的研究方向。他认为,AI 工具将使研究者能够提出更具雄心的问题。

然而,对于这项发现对量子计算的实际影响,学界持谨慎态度。阿伦森认为,虽然这排除了寻找量子加速的一个潜在方向,但该方向本身就不太合理。目前的关键问题转向了探索量子计算机真正能解决的新问题领域。

斯坦福研究小组强调,这并不意味着量子加速的终结,而是明确了应关注的问题类型。他们指出,涉及较短或较少随机输入字符串的类似问题,或者要求量子计算机提供比简单“是/否”更复杂答案的场景,仍可能从量子方法中获益。这包括模拟工业相关分子以及部分优化问题。

随着许多量子信息科学相关的数学问题被交由 AI 处理,制定新问题变得至关重要。安巴尼斯表示,他和同事希望利用 AI 来探索新想法,而非仅仅解决已知问题。但他也承认,未来能否成功取决于重大的创意飞跃,而这恰恰是目前 AI 尚不擅长的领域。

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