量子的飛躍：下一代D-Wave量子芯片計算速度能快1000倍

　　我們也許離真正解鎖量子計算的真實(shí)力量還很遠，但是D-Wave承諾通過(guò)其顯著(zhù)升級的量子處理器讓我們一嘗未來(lái)的滋味。

　　當其明年初發(fā)布時(shí)，這家加拿大公司新的量子芯片將能處理2000量子比特的數據(qubits)，幾乎是現有D-Wave 2X系統中處理器可用數量的兩倍，同時(shí)能夠比前代產(chǎn)品的處理速度快1000倍。

　　D-Wave機器都是價(jià)值數百萬(wàn)美元的電腦，其使用“量子晶體管”來(lái)處理數據，另外使用液氮來(lái)冷卻細小的環(huán)形鈮到絕對零度。只有很少一些地方在使用這個(gè)系統，包括谷歌和高?？臻g研究學(xué)會(huì )(Universities Space Research Association)、洛克希德馬丁(Lockheed Martin)和洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗室(Los Alamos National Laboratory)。此外，D-Wave也提供云端服務(wù)允許用戶(hù)來(lái)訪(fǎng)問(wèn)它的量子計算機系統。

　　量子計算仍然大部分處于理論研究階段，其主要研究如何利用的奇怪和違反直覺(jué)的方式，在原子水平上開(kāi)發(fā)非常強大的機器。對于某些特定任務(wù)，量子計算機有潛力比現有的系統要明顯快上許多倍，同時(shí)更加節能。但是通用的量子計算機目前還不存在，D-Wave系統利用不同的原子行為特性(比如糾纏和狀態(tài)疊加等)來(lái)解決一系列困難的計算問(wèn)題。

　　“我們選擇的方向發(fā)展十分迅速，幾乎每年量子比特的數目都會(huì )翻一倍。”D-Wave業(yè)務(wù)發(fā)展和戰略合作伙伴Colin Williams說(shuō)道。

　　提升D-Wave處理器中的量子比特使得系統更加靠近擁有挑戰傳統計算機的能力，同時(shí)新的處理器也支持添加新的特性(允許進(jìn)行更有效地運算)。

　　“從內部測試來(lái)看，這是一個(gè)非常值得去做的事情。通過(guò)利用這種特性我們已經(jīng)加速了1000倍去解決那些存在的問(wèn)題。”劍橋CW TEC的William這樣說(shuō)道。

　　如果按照今日的計算機來(lái)類(lèi)比的話(huà)，D-Wave系統不是通用的計算機。

　　D-Wave能做的遠不止你要求的任一計算任務(wù)，它被設計來(lái)是處理一些特定的任務(wù)(像無(wú)約束二進(jìn)制優(yōu)化及相關(guān)取樣問(wèn)題等)。有關(guān)這類(lèi)優(yōu)化問(wèn)題可以舉一個(gè)非常簡(jiǎn)單的例子，你要制定一個(gè)房子的規劃，它要盡可能符合你心目中理想的條件、細節，但是又要保持在你的預算范圍中。

　　D-Wave處理器能夠執行的特定工作也能應用到一系列領(lǐng)域中，特別是訓練機器學(xué)習模型。

　　然而，建立通用的量子計算機仍然存在十分巨大的困難，有幾個(gè)尚未解決的工程難題擺在面前。UCL納米電子學(xué)和光子學(xué)教授John Morton通過(guò)過(guò)去芯片發(fā)展趨勢推算，預測第一代通用量子計算處理器不會(huì )在21世紀30年代之前出現。

　　John Morton提到僅僅一個(gè)計算器的話(huà)并不能稱(chēng)為計算機，因此D-Wave系統并不能說(shuō)是一個(gè)通用的量子計算機。“一個(gè)計算器能夠解決許多特定的問(wèn)題。很多人都在使用它，并且你也能在不同的工業(yè)領(lǐng)域中使用它。因此當D-Wave展示出很多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中都可以運用它們的機器時(shí)，也許確實(shí)其可以被應用到該領(lǐng)域中，但是它仍然只是一個(gè)特定的設備而已。”

　　雖然谷歌目前并沒(méi)有將D-Wave運用到自身的機器學(xué)習系統中，但是D-Wave處理器的可信度(一直有學(xué)術(shù)界人士質(zhì)疑)在去年谷歌的一個(gè)實(shí)驗中得到驗證。

　　在谷歌的實(shí)驗中，處理同樣大小數據量時(shí)D-Wave所需要的退火時(shí)間要少幾個(gè)數量級，下圖所示為模擬退火方法(SA),量子蒙特卡洛方法及D-Wave 2X在執行退火操作所用時(shí)間的對比結果。

　　該實(shí)驗發(fā)現D-Wave 2X處理器在進(jìn)行相似的操作中比傳統的處理器要快上1億倍，不過(guò)Williams說(shuō)更重要是，這證明了D-Wave的芯片在未來(lái)的可行性。

　　實(shí)驗中也為我們展示了D-Wave 2X處理器在處理弱-強集群網(wǎng)絡(luò )問(wèn)題方面的幾個(gè)實(shí)例的布局圖(見(jiàn)下圖)。圖中所示為三個(gè)不同規模大小的網(wǎng)絡(luò )295,490，945量子比特。每一個(gè)集群由Chimera圖的一個(gè)8量子比特單元構成。橙色的點(diǎn)所描述的是一個(gè)強局部場(chǎng)的量子比特，藍綠色的點(diǎn)代表弱場(chǎng)的量子比特。藍色線(xiàn)代表強磁耦合，紅色線(xiàn)代表強反磁耦合。注意，由于并不是所有的1152量子比特都具有可操作性，所得到的圖像可能呈現無(wú)規律性。

　　“該實(shí)驗的主要結果并不完全是速度的提升，因為在其他經(jīng)典算法上能夠做到更好。這個(gè)實(shí)驗表明量子隧穿真的在D-Wave芯片中發(fā)生著(zhù)。這說(shuō)明即便隧穿范圍是有限的，它仍然是一個(gè)有用的計算工具。”

　　“谷歌同我們一樣明白，當我們進(jìn)一步使得芯片更加緊密連接時(shí)，目前運行良好的經(jīng)典算法將會(huì )馬上完全失敗。”Williams另外提到。

　　D-Wave已經(jīng)從許多投資者那邊募集了幾百萬(wàn)美金，投資者包括高盛投資銀行、In-Q-Tel(美國中央情報局投資部)、Bezos Expeditions(亞馬遜創(chuàng )始人Jeff Bezos)以及BDC Capital、Harris & Harris Group和DFJ。

　　一臺能夠模仿人類(lèi)說(shuō)話(huà)的機器

　　D-Wave芯片太過(guò)于專(zhuān)業(yè)化，反而限制了其實(shí)用性，這是關(guān)于這種芯片的另一種批判性觀(guān)點(diǎn)，但是， Willams并不贊同這種觀(guān)點(diǎn)。

　　“認為D-Wave芯片用途過(guò)于單一，我不贊同這種觀(guān)點(diǎn)。事實(shí)上，該種芯片在一個(gè)領(lǐng)域的應用能夠被擴展到更多不同的領(lǐng)域”，他表示。