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力量還很遠，但是D-Wave承諾通過其顯著升級的量子處理器讓我們一嘗未來的滋味。

　　當其明年初發布時，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，同時能夠比前代產品的處理速度快1000倍。

　　D-Wave機器都是價值數百萬美元的電腦，其使用“量子晶體管”來處理數據，另外使用液氮來冷卻細小的環形鈮到絕對零度。只有很少一些地方在使用這個系統，包括谷歌和高校空間研究學會(Universities Space Research Association)、洛克希德馬丁(Lockheed Martin)和洛斯阿拉莫斯國家實驗室(Los Alamos National Laboratory)。此外，D-Wave也提供云端服務允許用戶來訪問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的方式，在原子水平上開發非常強大的機器。對于某些特定任務，量子計算機有潛力比現有的系統要明顯快上許多倍，同時更加節能。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(比如糾纏和狀態疊加等)來解決一系列困難的計算問題。

　　“我們選擇的方向發展十分迅速，幾乎每年量子比特的數目都會翻一倍。”D-Wave業務發展和戰略合作伙伴Colin Williams說道。

　　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，同時新的處理器也支持添加新的特性(允許進行更有效地運算)。

　　“從內部測試來看，這是一個非常值得去做的事情。通過利用這種特性我們已經加速了1000倍去解決那些存在的問題。”劍橋CW TEC的William這樣說道。

　　如果按照今日的計算機來類比的話，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，它被設計來是處理一些特定的任務(像無約束二進制優化及相關取樣問題等)。有關這類優化問題可以舉一個非常簡單的例子，你要制定一個房子的規劃，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域中，特別是訓練機器學習模型。

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

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

　　雖然谷歌目前并沒有將D-Wave運用到自身的機器學習系統中，但是D-Wave處理器的可信度(一直有學術界人士質疑)在去年谷歌的一個實驗中得到驗證。

　　在谷歌的實驗中，處理同樣大小數據量時D-Wave所需要的退火時間要少幾個數量級，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間的對比結果。

　　該實驗發現D-Wave 2X處理器在進行相似的操作中比傳統的處理器要快上1億倍，不過Williams說更重要是，這證明了D-Wave的芯片在未來的可行性。

　　實驗中也為我們展示了D-Wave 2X處理器在處理弱-強集群網絡問題方面的幾個實例的布局圖(見下圖)。圖中所示為三個不同規模大小的網絡295,490，945量子比特。每一個集群由Chimera圖的一個8量子比特單元構成。橙色的點所描述的是一個強局部場的量子比特，藍綠色的點代表弱場的量子比特。藍色線代表強磁耦合，紅色線代表強反磁耦合。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規律性。

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

　　“谷歌同我們一樣明白，當我們進一步使得芯片更加緊密連接時，目前運行良好的經典算法將會馬上完全失敗。”Williams另外提到。

　　D-Wave已經從許多投資者那邊募集了幾百萬美金，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(亞馬遜創始人Jeff Bezos)以及BDC Capital、Harris & Harris Group和DFJ。

　　一臺能夠模仿人類說話的機器

　　D-Wave芯片太過于專業化，反而限制了其實用性，這是關于這種芯片的另一種批判性觀點，但是， Willams并不贊同這種觀點。

　　“認為D-Wave芯片用途過于單一，我不贊同這種觀點。事實上，該種芯片在一個領域的應用能夠被擴展到更多不同的領域”，他表示。