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量子的飞跃:下一代D-Wave量子芯片计算速度能快1000倍

作者:时间:2016-09-21来源:雷锋网收藏

  我们也许离真正解锁量子计算的真实力量还很远,但是承诺通过其显著升级的量子处理器让我们一尝未来的滋味。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201609/310049.htm

  当其明年初发布时,这家加拿大公司新的将能处理2000量子比特的数据(qubits),几乎是现有 2X系统中处理器可用数量的两倍,同时能够比前代产品的处理速度快1000倍。

  机器都是价值数百万美元的电脑,其使用“量子晶体管”来处理数据,另外使用液氮来冷却细小的环形铌到绝对零度。只有很少一些地方在使用这个系统,包括谷歌和高校空间研究学会(Universities Space Research Association)、洛克希德马丁(Lockheed Martin)和洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratory)。此外,D-Wave也提供云端服务允许用户来访问它的量子计算机系统。

  量子计算仍然大部分处于理论研究阶段,其主要研究如何利用的奇怪和违反直觉的方式,在原子水平上开发非常强大的机器。对于某些特定任务,量子计算机有潜力比现有的系统要明显快上许多倍,同时更加节能。但是通用的量子计算机目前还不存在,D-Wave系统利用不同的原子行为特性(比如纠缠和状态叠加等)来解决一系列困难的计算问题。

  

 

  “我们选择的方向发展十分迅速,几乎每年量子比特的数目都会翻一倍。”D-Wave业务发展和战略合作伙伴Colin Williams说道。

  提升D-Wave处理器中的量子比特使得系统更加靠近拥有挑战传统计算机的能力,同时新的处理器也支持添加新的特性(允许进行更有效地运算)。

  “从内部测试来看,这是一个非常值得去做的事情。通过利用这种特性我们已经加速了1000倍去解决那些存在的问题。”剑桥CW TEC的William这样说道。

  如果按照今日的计算机来类比的话,D-Wave系统不是通用的计算机。

  D-Wave能做的远不止你要求的任一计算任务,它被设计来是处理一些特定的任务(像无约束二进制优化及相关取样问题等)。有关这类优化问题可以举一个非常简单的例子,你要制定一个房子的规划,它要尽可能符合你心目中理想的条件、细节,但是又要保持在你的预算范围中。

  D-Wave处理器能够执行的特定工作也能应用到一系列领域中,特别是训练机器学习模型。

  然而,建立通用的量子计算机仍然存在十分巨大的困难,有几个尚未解决的工程难题摆在面前。UCL纳米电子学和光子学教授John Morton通过过去芯片发展趋势推算,预测第一代通用量子计算处理器不会在21世纪30年代之前出现。

  John Morton提到仅仅一个计算器的话并不能称为计算机,因此D-Wave系统并不能说是一个通用的量子计算机。“一个计算器能够解决许多特定的问题。很多人都在使用它,并且你也能在不同的工业领域中使用它。因此当D-Wave展示出很多个工业领域中都可以运用它们的机器时,也许确实其可以被应用到该领域中,但是它仍然只是一个特定的设备而已。”

  虽然谷歌目前并没有将D-Wave运用到自身的机器学习系统中,但是D-Wave处理器的可信度(一直有学术界人士质疑)在去年谷歌的一个实验中得到验证。

  在谷歌的实验中,处理同样大小数据量时D-Wave所需要的退火时间要少几个数量级,下图所示为模拟退火方法(SA),量子蒙特卡洛方法及D-Wave 2X在执行退火操作所用时间的对比结果。

  

 

  该实验发现D-Wave 2X处理器在进行相似的操作中比传统的处理器要快上1亿倍,不过Williams说更重要是,这证明了D-Wave的芯片在未来的可行性。

  实验中也为我们展示了D-Wave 2X处理器在处理弱-强集群网络问题方面的几个实例的布局图(见下图)。图中所示为三个不同规模大小的网络295,490,945量子比特。每一个集群由Chimera图的一个8量子比特单元构成。橙色的点所描述的是一个强局部场的量子比特,蓝绿色的点代表弱场的量子比特。蓝色线代表强磁耦合,红色线代表强反磁耦合。注意,由于并不是所有的1152量子比特都具有可操作性,所得到的图像可能呈现无规律性。

  

 

  “该实验的主要结果并不完全是速度的提升,因为在其他经典算法上能够做到更好。这个实验表明量子隧穿真的在D-Wave芯片中发生着。这说明即便隧穿范围是有限的,它仍然是一个有用的计算工具。”

  “谷歌同我们一样明白,当我们进一步使得芯片更加紧密连接时,目前运行良好的经典算法将会马上完全失败。”Williams另外提到。

  D-Wave已经从许多投资者那边募集了几百万美金,投资者包括高盛投资银行、In-Q-Tel(美国中央情报局投资部)、Bezos Expeditions(亚马逊创始人Jeff Bezos)以及BDC Capital、Harris & Harris Group和DFJ。

  一台能够模仿人类说话的机器

  D-Wave芯片太过于专业化,反而限制了其实用性,这是关于这种芯片的另一种批判性观点,但是, Willams并不赞同这种观点。

  “认为D-Wave芯片用途过于单一,我不赞同这种观点。事实上,该种芯片在一个领域的应用能够被扩展到更多不同的领域”,他表示。


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关键词: D-Wave 量子芯片

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