富士通量子计算芯片即将量产 英特尔不甘落后推出双量子计算.doc

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1、富士通量子计算芯片即将量产英特尔不甘落后推出双量子计算　　不久前，业界都还认为半导体量子技术离我们很远，甚至D-Wave的CEOVernBrownell也曾在接受DT君的专访时表示，要实现半导体量子计算的商业化至少要10年以上，但随着日本IT巨头富士通的数字退火量子（DigitalAnnealer）计算芯片即将量产，以及英特尔在硅自旋量子比特（siliconspinqubit）技术的突破，同时中国也展示了半导体量子计算的发展，量子计算或许可能提早通过半导体工艺走进寻常百姓家。　　显而易见，量子计算之所以重要，是因为其具备快速解决过去很难利用传

2、统计算架构解决的“人类规模”问题的能力，比如说找出癌症的解方，更好的针对个人化的医疗方法，不仅在能源领域、目前最流行的AI模拟，甚至揭开更多宇宙的秘密，都将扮演极为重要的角色。　　而作为量子计算基础的量子物理现象其实属于普遍的自然界物理现象，会出现在许多不同的材料、化学或自然环境中，因此，其达成的方式也不只一种，就好比量子计算的研究范围已经从超导量子前进到光量子，甚至基于数字退火技术的半导体量子亦已经量产，换言之，只要材料引发的现象能够观测出量子物理特征，就有可能拿来计算。　　只是经过将近20年的发展，以超导技术为核心的量子计算商用脚步在软件

3、生态成熟度不足，且量产难度极高的情况下，在实际应用层面上还有很大的限制，虽然我们从各家的量子比特规模来争论量子霸权将由谁掌握，但实际上，量子计算的最大限制不是算力的不足，而是难以普及，使得生态发展难以有效往前进。　　也因为目前量子计算的局限性，如果能够通过既有的半导体生产技术，解决量子计算芯片的规模扩增与大批量生产问题，并摆脱超导量子计算所需要的庞大冷却架构，那么，量子计算或许可以比预期更早进入到一般计算应用中，并加速相关生态成熟，成为包含PC、智能家居、汽车，甚至各种联网设备的计算核心，并彻底改变人类的生活。　　　　半导体量子计算：数字退火

4、、硅自旋量子比特与量子点　　目前，在半导体领域的量子技术方面进展方面，比较知名的有由富士通推出的数字量子退火（DigitalAnnealer）技术、由英特尔推出，基于硅半导体工艺的硅自旋量子比特（siliconspinqubit）技术、以及由我国中科院量子信息重点实验室所提出的，基于量子点（quantumdot）技术的三量子点半导体比特。　　数字量子退火技术　　富士通与加拿大多伦多大学合作开发了数字退火器(DigitalAnnealer)，作为需要精心控制低温环境才能发挥作用的D-Wave量子退火计算架构替代品，富士通采用传统的半导体技术，该

5、技术可在室温下工作，并可安装在足够小的电路板上，以便插入数据中心的机架中。　　　　图｜基于半导体工艺的数字退火量子处理器，目前已经应用在富士通的云服务中。　　数字退火器是1种专用芯片，采用非冯诺依曼架构，在解决组合优化问题时可最大限度地减少数据移动。它由1024个“位更新块”(bit-updatingblocks)组成，带有存储权重和偏置的片上存储器，用于执行“位翻转”(bitflips)的逻辑块以及接口和控制电路。　　数字退火器不是通过传统的编程方式来利用其算力，而是以权重矩阵和偏置向量的形式上传问题，以便将问题转化为“能量全景图”(ene

6、rgylandscape)，用物理模拟的现象来解题。为达到此目的，富士通与位于加拿大温哥华的量子计算软件领导者1QB信息技术公司合作，该公司既提供运行系统的软件，也提供软件开发工具包，供客户编写自己的能量全景图。　　东京工业大学物理学教授，同时也是全球第1篇提出量子退火理论论文的作者之一HidetoshiNishimori，以比喻的方式解释了这种操作：“在数字退火中，系统从一个状态跳到另一个状态，以寻求更好的解决方案，就像一个人在一个充满山丘和山谷的复杂景观中徘徊，寻找最低点。”　　Nishimori补充说，这种技术与传统量子退火相反，系统以

7、大规模并行的方式寻找最佳解决方案，同时考虑所有状态。富士通也宣称，其基于CMOS的数字退火器，虽仅具备1024量子比特，但性能表现已经能够与D-Wave最新的2000量子比特的量子退火系统相提并论。　　Nishimori指出，富士通机器上的位块之间的权重能够以比D-Wave系统更高的精度表达问题，因为用量子比特来控制这种精度要困难得多，数字退火器在比特之间具有16位精度，相较之下，D-Wave系统仅有4位精度。不过Nishimori也提到，D-Wave的量子退火器从长远来看将有超过数字退火器的潜力，因为它们具有超大量子平行度，足以弥补精度表现

8、较弱的缺点。　　与此同时，富士通表示，目前1000量子比特的方案已经用在自家云服务器上，而它的目标是2019年量产具有8192位量子比特的数字退火器，而长远目标则是