D-Wave是真正的量子计算机吗？.doc

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1、D-Wave是真正的量子计算机吗？　　最近，我得向一名读者解释为什么批评人士指称D-Wave的“量子计算机”并不是“真正的”量子计算机，他最后可能碍于我在这个领域的“权威”而接受了我的答案。然而，这个问题一直在我的脑海中挥之不去：如果它不是真的量子计算机，为什么D-Wave以此名号营销？为了追根究底，我向D-WaveSystems处理器开发副总裁JeremyHilton请教了这个问题：“为什么批评人士一直说你们的产品不是真的量子计算机呢？”　　“量子运算的神圣目标在于打造一款‘通用’的量子计算机——不仅能够解决任何

2、运算问题，而且其速度更超越当今最快的超级计算机，”Hilton表示，“这就是为什么有人说我们并非‘真正’开发出量子计算机的理由，因为D-Wave并不是一款‘通用的计算机’。”　　D-Wave的量子计算机只能解决优化的问题，也就是那些能以线性等式表达的问题。这种线性等式中包含了许多变数，每一个变量都各有其加权值（相乘每一变量的倍数数值）。通常，用传统的“通用计算机”难以解决这种线性等式问题，必须利用多次反复为变量找到最佳数值组合。然而，利用D-Wave的特定应用量子电脑，可在一个单次周期中解决问题。　　“我们认为，以

3、特定应用的量子处理器作为起点，可说是实现通用量子计算机的最佳发展方式——它可望成为迈向神圣目标的利基点，”Hilton说：“而这就是D-Wave正在做的一切——我们正是利用量子位来优化问题。”　　　　D-Wave在硅基板上的的512超导铌量子位　　D-Wave目前的量子处理器性能达到了512量子位，能够在单次机器周期中以512个（或少于512）变量解决优化的问题。为了解决基于量子位的最佳化问题，D-Wave采用一种称为“绝热”（adiabaTIc）的不同运算模式——即不至于发生热耗损或增益。相形之下，其他研究都致力

4、于开发一款通用的量子计算机，量子位在量子计算机中以类似传统计算机的方式进行处理。　　“绝热途径的目标在于保持量子位处于最低能量状态，即优化问题的开始与结束阶段，”Hilton说：“当变量的加权值输入量子位至激励状态，旋即迅速地放松至最低能量状态，从而揭露该变量的最佳值。”　　　　D-Wave可在安装于超冷却载台上的每片晶圆上取得100颗量子计算机芯片　　目前致力于打造通用量子计算机的研究人员受限于除错方法，他们利用数千个量子位，历经了所有的计算过程后，却仅能确保量子态的数值迭加维持正确作业。而透过绝热过程，Hilt

5、on宣称，你就不需要除错了，因为量子位会自然地放松至最低能量状态。　　“量子位从激发到放松的过程，都不需要进行除错作业，”Hilton指出，“但采用通用量子计算机的传统闸极模式，你必须先除错才能顺利进行作业。”　　　　量子计算机发展方向　　加拿大Info-TechResearchGroup资深经理暨基础架构分析师MikeBatTIsta表示，“当我与D-Wave洽谈时，让我印象深刻的是他们都十分谦虚，尽管对于自家公司技术感到兴奋，却不至于过度承诺其发展潜力。”　　BatTIsta并指出，D-Wave的开创性进展还不

6、只是在量子运算领域，该公司同时也以新的典范累积经验，例如超导体，它能够确保摩尔定律的持续进展。　　　　D-Wave处理器开发副总裁JeremyHilton认为，极热状态下的512Qb的模块可利用10kW冷却器使温度极速冷却至至0.2mK。　　“其超导半导体还拥有执行量子运算以外的其他优势，例如不至于释放热量，”BatTIsta说：“这项技术还具有呈指数级迅速升级的潜力，或许可在传统晶体管达到实体限制时，持续摩尔定律的下一个新典范。”　　那么，为什么批评人士指称这并不是“真正”的量子计算机呢？Battista不仅支持

7、D-Wave的正确发展方向，还详细地说明理由：“我知道D-Wave的硬件被混合地进行测试，也了解为什么大公司选择投资另一种方式。但如果有任何一丁点的可能性使其成为下一代基础技术，足以勾勒未来几十年的运算发展，那么这样的投资也算值得了。一开始先开发算法并发现可解决量子运算问题的公司，一旦在可行的硬件出现时，他们将会拥有巨大的优势。”　　　　最新发展　　D-Wave的首款设计可追溯到2007年，当时只使用了少数的量子位（16Qb），而且也无法扩充，不过使用的同样是目前所用的方式——在硅基板上加载极冷超导铌量子位。从那时

8、起，Hilton及其研究人员们已经重新设计出一款可扩展至任意尺寸的架构，利用整合式的可编程磁组内存与处理器，取代早期设计所中由于扇出导致无法扩充的分离电极。　　D-Ware从2009年首度向Google展示128Qb的新架构后，该公司已持续升级至256Qb，接着是目前的512Qb，将33，000个超导Josephson接面（JJ）晶体管挤进一颗4x7mm的晶