谷歌購買了一臺D-Wave，全球最大的軍火商洛克希德-馬丁公司也買了一臺。但我們?nèi)圆煌馑鼈兯徺I的就是所謂的量子計(jì)算機(jī)(通用量子計(jì)算機(jī))。

D-Wave公司號稱其生產(chǎn)的D-Wave是世界上第一臺量子計(jì)算機(jī)，是一個(gè)開創(chuàng)性的創(chuàng)造，代表著未來方向。但很多科學(xué)家對此持不同看法，他們認(rèn)為D-Wave的機(jī)器并非未來世界計(jì)算的制勝法寶。上世紀(jì)80年代以來，計(jì)算機(jī)專家就開始探尋未來計(jì)算的真諦。

USC：D-Wave是量子計(jì)算機(jī)

毫無疑問，這場爭論還將持續(xù)。美國南加州大學(xué)(USC)的研究人員今天發(fā)表一篇論文，指出D-Wave是一臺量子計(jì)算機(jī)。USC為洛克希德-馬丁公司的D-Wave量子計(jì)算機(jī)提供管理和系統(tǒng)運(yùn)維服務(wù)。

USC教授丹尼爾·李達(dá)(Daniel Lidar)的研究團(tuán)隊(duì)稱，他們至少證明了D-Wave的計(jì)算方式不是業(yè)界所傳的“模擬熱處理”模型。“模擬熱處理”模型服從經(jīng)典物理學(xué)定律(也就是日常生活中的物理定律)，而不是更難以捉摸的量子物理學(xué)特性。

USC研究團(tuán)隊(duì)這篇名為“可編程量子熱處理實(shí)驗(yàn)簽名”的論文首次發(fā)表于備受推崇的學(xué)術(shù)期刊《自然通訊》。量子熱處理是量子領(lǐng)域的一種計(jì)算模型。根據(jù)李達(dá)的觀點(diǎn)，他率領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)取得的研究成果表明，D-Wave系統(tǒng)的運(yùn)作方式與量子熱處理模型“非常一致”。

量子計(jì)算機(jī)的難題

1985年，英國物理學(xué)家大衛(wèi)·杜斯(David Deutsch)首次提出了量子計(jì)算機(jī)模型。在他的描繪中，量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行遵循復(fù)雜的量子力學(xué)原理，通過控制原子或小分子的狀態(tài)來記錄和運(yùn)算信息。在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)中，一個(gè)晶體管存儲一個(gè)“比特”的信息;如果該晶體管處于打開狀態(tài)，那么它代表的數(shù)值就為“1”，反之處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)則為“0”。而在量子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，在所謂的量子力學(xué)疊加原理的作用下，同一時(shí)間可以同時(shí)存在上述兩種狀態(tài)。

一個(gè)“量子比特”(qubit)可以同時(shí)存儲“0″和“1″。如果創(chuàng)建兩個(gè)“量子比特”，就可以一次性存儲4個(gè)數(shù)值：00、01、10和11。依此類推可以看出，量子計(jì)算機(jī)是一種比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)性能強(qiáng)大得多的計(jì)算機(jī)。

難點(diǎn)在于，創(chuàng)建一個(gè)“量子比特”是一件非常困難的事。當(dāng)你從量子系統(tǒng)閱讀信息時(shí)，一瞬間該“量子比特”就消散了。換句話說，這個(gè)“量子比特”變成了一個(gè)普通的“比特”，只擁有一個(gè)單位的值。因此它已不再是一臺量子計(jì)算機(jī)。

D-Wave量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式

業(yè)界流傳多種方法可解決這個(gè)難題。D-Wave創(chuàng)始人及首席技術(shù)官喬迪·羅斯(Geordie Rose)相信，他們找到了其中的一個(gè)方法。2007年，D-Wave公司宣布研發(fā)出第一臺16位量子計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)在該公司最先進(jìn)的量子計(jì)算機(jī)為512位，谷歌購買的也是這一種。

根據(jù)D-Wave公司介紹，512位量子計(jì)算機(jī)包含512個(gè)超導(dǎo)電路，每個(gè)電路都是一個(gè)微小的電流回路。D-Wave公司稱，這些電路被冷卻到接近絕對零度，達(dá)到一個(gè)量子狀態(tài)，此時(shí)這些微小回路中的電流可以同時(shí)順時(shí)針和逆時(shí)針流動。當(dāng)用戶向量子計(jì)算機(jī)發(fā)出任務(wù)請求時(shí)，計(jì)算機(jī)算法會將它們映射到超導(dǎo)電路，然后由它們執(zhí)行計(jì)算。

但是，部分科學(xué)家對D-Wave量子計(jì)算機(jī)的工作方式表示懷疑。美國加州大學(xué)戴維斯分校數(shù)學(xué)系教授格雷格·庫珀伯格(Greg Kuperberg)就曾表示：“D-Wave的技術(shù)是一個(gè)消極意義上的謎團(tuán)。”USC研究團(tuán)隊(duì)的論文或許讓人們更接近了D-Wave的真相，但對于其運(yùn)行方式，USC并沒有在該文中說明，那仍然是個(gè)秘。

D-wave與量子物理學(xué)“非常一致”

USC研究團(tuán)隊(duì)在這篇論文中唯一肯定的是，D-Wave不使用模擬熱處理，它是計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)運(yùn)算的基本方式之一。李達(dá)稱，模擬熱處理類似于在廣闊的景觀中尋找最低點(diǎn)。

李達(dá)補(bǔ)充道：“我們稱之為能源景觀。有一個(gè)解決方案就躲在景觀背后的某處，你可以想象該解決方案就藏在表面的最低點(diǎn)，而你打算找出這些最低點(diǎn)。”要尋找這些最低點(diǎn)，需要通過隨機(jī)遍歷景觀，經(jīng)歷上山和下上的過程，知道最終找到最低的谷底。

這種方法只依賴于經(jīng)典物理學(xué)，與量子物理學(xué)無關(guān)。但李達(dá)稱D-wave與量子物理學(xué)“非常一致”。量子熱處理與模擬熱處理相似，只是當(dāng)模擬熱處理需要跨越山峰時(shí)，在量子熱處理過程中可以穿過它們。他表示，量子熱處理利用了量子的“隧道效應(yīng)”，這就像一個(gè)量子快捷方式。他在報(bào)告中小心翼翼地描述D-Wave與量子熱處理的關(guān)系——他們沒有證明D-Wave采用了量子熱處理，只是二者的有非常高的一致性，看起來一定是使用了量子熱處理。

D-wave還不是通用量子計(jì)算機(jī)

但是，即便他們證明了D-Wave采用了量子熱處理模型，但這并不能證明它就是一臺量子計(jì)算機(jī)。當(dāng)科學(xué)界人士聽到量子計(jì)算機(jī)這一名詞時(shí)，他們傾向于認(rèn)為它指的是“通用量子計(jì)算機(jī)”，可以處理任何任務(wù)。但是，D-Wave不能達(dá)到這一點(diǎn)，它只是面向特定的計(jì)算。但李達(dá)認(rèn)為，D-Wave背后的理念可以被用來開發(fā)通用量子計(jì)算機(jī)。

不管怎么稱呼它，D-Wave的確是有用的，可以幫助解決廣為人知的組合優(yōu)化類問題，包括基因序列分析和蛋白質(zhì)折疊的風(fēng)險(xiǎn)分析等。

D-wave被谷歌用于構(gòu)建機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)

谷歌上月宣布引入D-Wave時(shí)表示，將用它幫助推進(jìn)機(jī)器學(xué)習(xí)，譬如借助它創(chuàng)建可以模擬人類學(xué)習(xí)過程的計(jì)算系統(tǒng)。

谷歌工程主管哈特穆特·內(nèi)文(Hartmut Neven)在一篇博客文章中寫道：“我們相信量子計(jì)算可以幫助解決一些最具挑戰(zhàn)性的計(jì)算機(jī)科學(xué)問題，特別是在機(jī)器學(xué)習(xí)方面。機(jī)器學(xué)習(xí)的關(guān)鍵在于創(chuàng)建更好的模型，使之能夠做出更準(zhǔn)確的預(yù)測。”

值得注意的是，谷歌實(shí)際上已開始稱D-Wave為量子計(jì)算機(jī)。這不奇怪，因?yàn)楣雀鑴傉衅噶薝SC這篇論文背后的作者之一，塞爾吉奧·波伊克斯歐(Sergio Boixo)。目前谷歌的D-wave量子計(jì)算機(jī)放置在距該公司總部不遠(yuǎn)的美國宇航局艾姆斯研究中心的量子人工智能實(shí)驗(yàn)室。在谷歌，語義分析工作的重要性不言而喻，而這正是D-Wave的所長。