智東西（公眾號(hào)：zhidxcom）
編譯 | 夏舍予
編輯 | 徐珊
智東西7月11日消息，根據(jù)外媒IEEE Spectrum報(bào)道，量子計(jì)算機(jī)的領(lǐng)頭公司D-Wave預(yù)計(jì)將在2023或2024年發(fā)布下一代量子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)Advantage2的正式版。今年六月，D-Wave已經(jīng)在Leap量子云系統(tǒng)上發(fā)布了Advantage2的原型機(jī)。
Advantage2系統(tǒng)是D-Wave的第六代量子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其量子比特連接數(shù)從Advantage1的15個(gè)增加到了20個(gè)，D-Wave將這種20個(gè)量子比特的拓?fù)涿麨閆ephyr拓?fù)洌╖ephyrtopology）。
D-Wave此次發(fā)布的Advantage2原型機(jī)有500多個(gè)量子比特，而即將發(fā)布的正式版有7000個(gè)量子比特。D-Wave稱，屆時(shí)7000量子比特計(jì)算機(jī)將成為世界上功能最強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)。
▲D-Wave此前發(fā)布過的退火量子計(jì)算機(jī)
一、一次運(yùn)行兩次計(jì)算，量子計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)計(jì)算量更大
D-Wave的Advantage2屬于退火量子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
目前量子計(jì)算機(jī)的常見種類有兩種：門模型量子計(jì)算機(jī)（gate?model quantum computers）和退火量子計(jì)算機(jī)（annealing quantum computers）。門模型量子計(jì)算機(jī)電路中的量子比特以固定的順序相互作用，而退火量子計(jì)算機(jī)電路中的量子比特卻是在基態(tài)中相互作用，基態(tài)就是量子計(jì)算機(jī)在緩慢冷卻過程中找到的最低能量狀態(tài)。
量子計(jì)算機(jī)與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)有很大不同。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)打開晶體管表示數(shù)值1，關(guān)閉晶體管表示數(shù)值0，這是兩種互斥狀態(tài)。但是量子計(jì)算機(jī)可以同時(shí)表示0和1兩個(gè)數(shù)值。這是由于量子物理的特性，每個(gè)量子比特會(huì)存在一種疊加狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，每個(gè)量子比特的本質(zhì)是1又是0，所以每個(gè)量子比特可以一次性進(jìn)行兩次計(jì)算。量子比特糾纏得越多，量子計(jì)算機(jī)的能力就越強(qiáng)。
▲D-Wave的Leap云系統(tǒng)
二、退火量機(jī)獨(dú)特優(yōu)勢，尋找最優(yōu)解
實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家兼D-Wave退火量子產(chǎn)品負(fù)責(zé)人埃米爾·霍斯金森（Emile Hoskinson）說：“退火量子計(jì)算機(jī)通常應(yīng)用于解決優(yōu)化問題。退火量子計(jì)算機(jī)可以從所有可能的情況中找到最佳解決方案，例如繪制出從A點(diǎn)到B點(diǎn)的最快路線。”
霍斯金森進(jìn)一步解釋說，以在室外空間尋找最低點(diǎn)為例，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)可能會(huì)在表面上找一個(gè)隨機(jī)點(diǎn)，然后以這個(gè)點(diǎn)為基準(zhǔn)，四處尋找比這個(gè)點(diǎn)更低的點(diǎn)，直到再也找不到更低的點(diǎn)為止。但是通過這種方法，計(jì)算機(jī)找到的通常只是局部最小值。而退火量子計(jì)算機(jī)可以在表面上同時(shí)找很多個(gè)點(diǎn)，以這些作為基準(zhǔn)，減少結(jié)果出現(xiàn)局部最小值的幾率。
▲D-Wave的CEO：Vern Brownell
三、Advantage2連接數(shù)更多，能夠處理更復(fù)雜優(yōu)化問題
當(dāng)采用Zephyr拓?fù)鋾r(shí)，Advantage2系統(tǒng)的量子比特連接數(shù)是20個(gè)。
霍斯金森表示，在實(shí)驗(yàn)中，Advantage2成功找到最佳解決方案的幾率是89%，比82%成功率的Advantage1表現(xiàn)更好。這是因?yàn)锳dvantage2的量子比特的連接性更強(qiáng)，多個(gè)量子比特可以通過一種被稱為嵌入（embedding）的策略連接在一起。
霍斯金森表示，量子比特之間的連接性非常重要，這就好比是一個(gè)社交網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)之間的連接數(shù)量增加，其影響和互動(dòng)的復(fù)雜性也會(huì)增加。
霍斯金森說：“復(fù)雜性可以體現(xiàn)在解決問題所需要的計(jì)算規(guī)模上，例如變量數(shù)量和約束條件等。復(fù)雜性同樣可以體現(xiàn)在商業(yè)案例的應(yīng)用上。如果企業(yè)改變了時(shí)間表或者供應(yīng)鏈的計(jì)劃安排，又需要快速從所有可能的情況中找到最佳解決方案，這種情況會(huì)增加問題的復(fù)雜性。而Advantage2系統(tǒng)可以更好、更快地解決這類復(fù)雜問題的應(yīng)用?！?/p>
除此之外，Advantage2系統(tǒng)可以支持更大的能量規(guī)模（energy?scale），這能減少熱波動(dòng)對(duì)量子比特的干擾性，提高了量子計(jì)算機(jī)的準(zhǔn)確率。
隨著Advantage2的Zephyr拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和更大的能量規(guī)模，嵌入策略可以解決更多復(fù)雜的商業(yè)問題。
▲Zephyr拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的剪影
四、低噪音工藝加持，Advantage2性能大幅提升
霍斯金森說，D-Wave正在研發(fā)一種新的低噪聲、多層超導(dǎo)集成電路制造工藝，這種工藝在提高Advantage2的性能和提升量子比特連接性方面具有顯著效果。
霍斯金森說：“雖然Advantage2原型機(jī)采用的是我們現(xiàn)在的堆棧（fabrication?stack），但最終的Advantage2正式版系統(tǒng)將采用全新的低噪音堆棧。我們對(duì)新堆棧的早期實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，與舊堆棧相比，新堆棧的低頻通量噪聲降低了7倍，綜合通量噪聲降低了3倍，這將進(jìn)一步幫助Advantage2提高系統(tǒng)性能。”
霍斯金森表示，他們打算開放Advantage2原型機(jī)的使用，旨在與用戶分享D-Wave正在學(xué)習(xí)的知識(shí)以及從用戶社區(qū)中獲得使用反饋，從而繼續(xù)構(gòu)建完整的Advantage2系統(tǒng)。
霍斯金森進(jìn)一步講道：“Advantage2是D-Wave全新設(shè)計(jì)的量子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，未來，隨著Advantage2系統(tǒng)的投入使用，D-Wave將證明連接性和低噪聲將可以顯著提高量子計(jì)算機(jī)的性能。通過提供Advantage2原型的商業(yè)化訪問，我們有機(jī)會(huì)為客戶帶來新量子應(yīng)用體驗(yàn)，窺見未來?！?/p>
▲D-Wave即將推出新的Advantage2系統(tǒng)
五、大眾、NASA、谷歌等已成為D-Wave的量子計(jì)算機(jī)客戶
D-Wave公司于1999年成立，是世界上第一家量子計(jì)算機(jī)的商業(yè)供應(yīng)商。外界對(duì)這家公司的評(píng)價(jià)褒貶不一，許多人一直懷疑其量子計(jì)算機(jī)是否真的比普通計(jì)算機(jī)功能更強(qiáng)大。但也有一些知名公司認(rèn)可D-Wave的技術(shù)，并與該公司建立了良好的合作。
2011年，航空航天制造商洛克希德·馬丁公司（Lockheed Martin Space Systems Company）購買了D-Wave的第一個(gè)量子計(jì)算系統(tǒng)——128量子比特的D-Wave1。2013年，NASA與谷歌合作的的量子人工智能實(shí)驗(yàn)室購買了該公司的D-Wave?2。此后，南加州大學(xué)和洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室等也成了該公司的客戶。
霍斯金森說：“我們有廣泛的客戶群體，例如大眾、豐田、埃森哲和洛克希德·馬丁公司，它們已經(jīng)在資源調(diào)度、物流、投資組合優(yōu)化等不同領(lǐng)域建立了數(shù)百個(gè)早期量子應(yīng)用?！?/p>
結(jié)語：蟄伏23年終迎高光，D-Wave能否引領(lǐng)量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域？
自1999年起至今，D-Wave已經(jīng)在量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域?qū)Ｗ⒘?3年。
D-Wave公司以其獨(dú)家的退火技術(shù)量子計(jì)算而聞名世界，但是外界對(duì)該公司的爭議不斷，D-Wave退火量子計(jì)算技術(shù)早期并未得到學(xué)界和工業(yè)界的完全認(rèn)可。
直到2022年2月，這家公司宣布計(jì)劃將通過SPAC機(jī)制在紐約證券交易所上市。經(jīng)過多年的耕耘后，D-Wave終于要迎來屬于自己的高光時(shí)刻。
但是目前業(yè)界人士仍然對(duì)其退火量子計(jì)算機(jī)有所顧慮，其中最大的擔(dān)憂就是退火量子計(jì)算機(jī)的獨(dú)有優(yōu)勢——解決優(yōu)化問題的能力，是否會(huì)被其他通用型量子計(jì)算機(jī)所替代。這或許是D-Wave在量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域面臨的最大潛在威脅。
來源：IEEE Specturm
