谷歌购买了一台D-Wave,全球最大的军火商洛克希德-马丁公司也买了一台。但我们仍不同意它们所购买的就是所谓的量子计算机(通用量子计算机)。
D-Wave公司号称其生产的D-Wave是世界上第一台量子计算机,是一个开创性的创造,代表着未来方向。但很多科学家对此持不同看法,他们认为D-Wave的机器并非未来世界计算的制胜法宝。上世纪80年代以来,计算机专家就开始探寻未来计算的真谛。
USC:D-Wave是量子计算机
毫无疑问,这场争论还将持续。美国南加州大学(USC)的研究人员今天发表一篇论文,指出D-Wave是一台量子计算机。USC为洛克希德-马丁公司的D-Wave量子计算机提供管理和系统运维服务。
USC教授丹尼尔·李达(Daniel Lidar)的研究团队称,他们至少证明了D-Wave的计算方式不是业界所传的“模拟热处理”模型。“模拟热处理”模型服从经典物理学定律(也就是日常生活中的物理定律),而不是更难以捉摸的量子物理学特性。
USC研究团队这篇名为“可编程量子热处理实验签名”的论文首次发表于备受推崇的学术期刊《自然通讯》。量子热处理是量子领域的一种计算模型。根据李达的观点,他率领的团队取得的研究成果表明,D-Wave系统的运作方式与量子热处理模型“非常一致”。
量子计算机的难题
1985年,英国物理学家大卫·杜斯(David Deutsch)首次提出了量子计算机模型。在他的描绘中,量子计算机的运行遵循复杂的量子力学原理,通过控制原子或小分子的状态来记录和运算信息。在传统计算机中,一个晶体管存储一个“比特”的信息;如果该晶体管处于打开状态,那么它代表的数值就为“1”,反之处于关闭状态时则为“0”。而在量子计算机系统中,在所谓的量子力学叠加原理的作用下,同一时间可以同时存在上述两种状态。
一个“量子比特”(qubit)可以同时存储“0″和“1″。如果创建两个“量子比特”,就可以一次性存储4个数值:00、01、10和11。依此类推可以看出,量子计算机是一种比传统计算机性能强大得多的计算机。
难点在于,创建一个“量子比特”是一件非常困难的事。当你从量子系统阅读信息时,一瞬间该“量子比特”就消散了。换句话说,这个“量子比特”变成了一个普通的“比特”,只拥有一个单位的值。因此它已不再是一台量子计算机。
D-Wave量子计算机的运行方式
业界流传多种方法可解决这个难题。D-Wave创始人及首席技术官乔迪·罗斯(Geordie Rose)相信,他们找到了其中的一个方法。2007年,D-Wave公司宣布研发出第一台16位量子计算机。现在该公司最先进的量子计算机为512位,谷歌购买的也是这一种。
根据D-Wave公司介绍,512位量子计算机包含512个超导电路,每个电路都是一个微小的电流回路。D-Wave公司称,这些电路被冷却到接近绝对零度,达到一个量子状态,此时这些微小回路中的电流可以同时顺时针和逆时针流动。当用户向量子计算机发出任务请求时,计算机算法会将它们映射到超导电路,然后由它们执行计算。
但是,部分科学家对D-Wave量子计算机的工作方式表示怀疑。美国加州大学戴维斯分校数学系教授格雷格·库珀伯格(Greg Kuperberg)就曾表示:“D-Wave的技术是一个消极意义上的谜团。”USC研究团队的论文或许让人们更接近了D-Wave的真相,但对于其运行方式,USC并没有在该文中说明,那仍然是个秘。
D-wave与量子物理学“非常一致”
USC研究团队在这篇论文中唯一肯定的是,D-Wave不使用模拟热处理,它是计算机数学运算的基本方式之一。李达称,模拟热处理类似于在广阔的景观中寻找最低点。
李达补充道:“我们称之为能源景观。有一个解决方案就躲在景观背后的某处,你可以想象该解决方案就藏在表面的最低点,而你打算找出这些最低点。”要寻找这些最低点,需要通过随机遍历景观,经历上山和下上的过程,知道最终找到最低的谷底。
这种方法只依赖于经典物理学,与量子物理学无关。但李达称D-wave与量子物理学“非常一致”。量子热处理与模拟热处理相似,只是当模拟热处理需要跨越山峰时,在量子热处理过程中可以穿过它们。他表示,量子热处理利用了量子的“隧道效应”,这就像一个量子快捷方式。他在报告中小心翼翼地描述D- Wave与量子热处理的关系——他们没有证明D-Wave采用了量子热处理,只是二者的有非常高的一致性,看起来一定是使用了量子热处理。
D-wave还不是通用量子计算机
但是,即便他们证明了D-Wave采用了量子热处理模型,但这并不能证明它就是一台量子计算机。当科学界人士听到量子计算机这一名词时,他们倾向于认为它指的是“通用量子计算机”,可以处理任何任务。但是,D-Wave不能达到这一点,它只是面向特定的计算。但李达认为,D-Wave背后的理念可以被用来开发通用量子计算机。
不管怎么称呼它,D-Wave的确是有用的,可以帮助解决广为人知的组合优化类问题,包括基因序列分析和蛋白质折叠的风险分析等。
D-wave被谷歌用于构建机器学习系统
谷歌上月宣布引入D-Wave时表示,将用它帮助推进机器学习,譬如借助它创建可以模拟人类学习过程的计算系统。
谷歌工程主管哈特穆特·内文(Hartmut Neven)在一篇博客文章中写道:“我们相信量子计算可以帮助解决一些最具挑战性的计算机科学问题,特别是在机器学习方面。机器学习的关键在于创建更好的模型,使之能够做出更准确的预测。”
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