2018年12月，谷歌 AI 的科學家在谷歌最好的量子處理器上運行了一項計算。他們能夠使用普通的筆記型電腦重現該計算。然後在 1 月份，他們在改進版的量子晶片上運行了相同的測試。這一次，他們不得不使用強大的臺式電腦來模擬結果。到二月份，大樓裡已經沒有任何經典計算機可以模擬他們的量子對應物了。研究人員不得不請求使用谷歌龐大的伺服器網路來完成這項工作。
“大約在二月份的某個時候，我不得不打電話說，‘嘿，我們需要更多配額，’”量子人工智慧實驗室主任 Hartmut Neven 說。“‘我們當時執行的任務由一百萬個處理器組成。’”
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這種快速的進步催生了所謂的“內文定律”，這是一種描述量子計算機追趕經典計算機速度的新規則。該規則最初是在內部觀察到的，之後內文在 5 月份的谷歌量子春季研討會上提到了它。他在會上表示，相對於經典計算機，量子計算機的計算能力正以“雙指數”級的速度增長——這是一個驚人的速度。
內文說，隨著雙指數增長，“看起來什麼都沒發生，什麼都沒發生，然後突然間，你就身處一個不同的世界了。” “這就是我們正在經歷的。”
即使是指數增長也相當快。這意味著某些量以 2 的冪次方增長
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最初的幾次增長可能不太明顯，但隨後的跳躍是巨大的。摩爾定律是著名的指導方針，（大致）指出計算能力每兩年翻一番，這就是指數增長。
雙指數增長則更加引人注目。數量不是以 2 的冪次方增長，而是以 2 的冪次方的冪次方增長
雙指數增長在最近的 Quanta 報道 “計算機科學家擴充套件可驗證知識的前沿” 中有所體現，該報道描述了某些計算問題的複雜性急劇增加的速度。雙指數增長非常獨特，以至於在現實世界中很難找到例子。量子計算的進步速度可能是第一個。
根據內文的說法，量子計算機追趕經典計算機的雙指數級速度是兩個指數因素相互結合的結果。第一個是量子計算機相對於經典計算機具有內在的指數優勢：例如，如果一個量子電路有 4 個量子位元，那麼就需要一個具有 16 個普通位元的經典電路才能達到相當的計算能力。即使量子技術永遠不進步，情況也是如此。
第二個指數因素來自量子處理器的快速改進。內文表示，谷歌最好的量子晶片最近一直在以指數級的速度改進。（這種快速改進是由量子電路中錯誤率的降低驅動的。內文說，降低錯誤率使得工程師能夠構建更大的量子處理器。）如果經典計算機需要指數級更高的計算能力來模擬量子處理器，並且這些量子處理器的能力隨著時間的推移呈指數級增長，那麼最終量子計算機和經典計算機之間就會出現這種雙指數關係。
並非所有人都對此深信不疑。一方面，經典計算機並沒有停滯不前。即使 摩爾定律可能正在終結，普通計算機晶片仍在不斷改進。此外，計算機科學家不斷設計 更高效的演算法，以幫助經典計算機跟上步伐。
“當審視所有活動的部件，包括經典和量子方面的改進時，我很難說它是雙指數級的，”馬里蘭大學量子資訊與計算機科學聯合中心聯合主任 Andrew Childs 說。
雖然量子計算機逼近經典計算機的確切速度可能存在爭議，但毫無疑問，量子技術正在快速進步。
“我認為這種進步不可否認的現實將球牢牢地放在了 那些認為可擴充套件量子計算行不通的人 的陣營中，”德克薩斯大學奧斯汀分校的計算機科學家 Scott Aaronson 在一封電子郵件中寫道。“他們是需要闡明這種進步將在何處以及為何停止的人。”
量子計算領域的一個首要目標是執行一種高效的量子計算，這種計算即使在最強大的經典計算機（目前是橡樹嶺國家實驗室的 Summit 超級計算機）上也無法在合理的時間內模擬。在開發量子計算機的不同研究小組中，谷歌尤其直言不諱地追求這一里程碑，即所謂的“量子霸權”。
到目前為止，量子霸權已被證明是難以捉摸的——有時似乎近在咫尺，但從未真正實現。但如果內文定律成立，那麼它離我們不遠了。內文不願確切說明他預計谷歌團隊何時能實現量子霸權，但他承認這可能很快就會發生。
“我們經常說我們認為我們將在 2019 年實現它，”內文說。“結果已經顯而易見了。”
經 Quanta 雜誌許可轉載，Quanta 雜誌是 西蒙斯基金會 的編輯獨立出版物，其使命是透過報道數學以及物理和生命科學領域的研究進展和趨勢來增進公眾對科學的理解。