《连线》:量子计算机时代或将开启?

发布时间:2013-7-1 17:00    发布者:eechina
关键词: 量子计算 , 计算机
美国知名IT杂志《连线》近日刊登评论文章称,美国南加州大学一个研究团队在一篇论文中表示,D-Wave公司所生产的计算机系统,看上去极有可能是使用了量子计算机算法方式,因此可以称得上是真正意义上的量子计算机。从这个角度上讲,诸如谷歌等企业已使用上D-Wave产品,或许意味量子计算机将有着巨大市场应用前景。以下为文章全文:


谷歌买了一台,全球第一大国防承包商洛克希德·马丁(Lockheed Martin)公司也购买了一台。只是对于他们所购买产品的具体名称,外界尚未能够就此达成一致。

这种产品的制造商D-Wave,将这种产品称为全球首款量子计算机,并认为其前瞻性预示着未来数学计算的发展方向。但全球大量专家对此却存在着颇为不同的看法,称D-Wave机器根本不能算是科学社区自上个世纪80年代以来所追求的计算圣杯。

毫无疑问,这种争论仍将继续下去。然而今天美国南加州大学刚刚发表了一篇论文,其内容向证实D-Wave机器确实为量子计算机又更近了一步。南加州大学安装和运行了一台洛克希德·马丁所购买的D-Wave系统,由该校电子工程、化学及物理学教授丹尼尔·里达尔(Daniel Lidar)领导的研究团队称,他们至少已能够证实,该机器并不是使用所谓“模拟退火法”(simulated annealing)的计算模式,该模式遵循古典物理学(日常生活中的物理学)的法则,而不是更难以理解的量子物理学特点。

里达尔说:“我们的研究将一个古典模式的类型排除在外,而这种模式正是外界对于D-Wave机器功能描述的争论所在。D-Wave机器投放市场时,很多人都持有这种看法,但我们却排除了这一点。”

这篇名为《可编程量子退火法的实验报告》的论文,发表在知名度很高的学术期刊《自然通信》上面。作为一种计算模式,量子退火法自然是适用于量子领域,且里达尔表示,该团队的研究结果显示,量子退火法与D-Wave系统运行方式之间有着“强烈一致性”。

英国物理学家戴维·多伊奇(David Deutsch)在1985年首次提出,量子计算机就是依照量子力学原则而运行的机器,量子物理学研究对象为很小的事物,如电子和光子等。在古典计算机中,是以晶体管方式来存储单一的比特(bit)信息。如果晶体管处于开启状态,则相当于“1”;如果是关闭状态,则相当于“0”。而在量子计算机中, 由于量子力学中所谓的叠加原理,信息被保存在可同时处于两种状态的系统当中。

这种“量子位”(qubit)能够同时存储“0”和“1”。如果你组建了两个量子位,则他们能够马上保持四个数值,即00、01、10和11。如果你再增加更多量子位,则这种机器的计算机能力将比古典计算机要强大得多。

但令人伤脑筋的事情是,即使是组建单一量子位也非常困难。当你查看,比如说从一个量子系统中阅读信息,量子位的信息整体性就会消失。换句话说,它会转变成一个普通比特而仅保持一个单一值。如此一来,该系统就不再是量子计算机。

有许多方法可解决上述问题。D-Wave创始人兼首席技术官(CTO)杰奥迪·罗斯(Geordie Rose)及其研发团队认为,他们已经找到了一个解决方案。2007年期间,D-Wave发布了其称为16量子位的计算机,而该公司当前产品型号已是自称为512量子位机器。这也是谷歌正在使用的产品。

D-Wave称,这种机器包含了512个超导电路,每个都是很小的环型电流。该公司表示,这些电路被冷却在几乎完美的零度,因此无论这些电流正向或反向流动,这些电路都能同时进入量子状态。当你交给机器一个处理任务时,机器就会使用一系列算法,并通过这些量子位来进行计算,然后再得出相应结果。从本质上讲,该系统的工作原理就是,当系统中的温度增加后,系统将作出决定使一些电路在特殊模式下显现出来。

然而诸如美国加州大学戴维斯分校数学教授格雷格·库帕伯格(Greg Kuperberg)等科学家,却对D-Wave机器的工作原理仍持质疑态度。库帕伯格去年在接受《连线》杂志采访时表示:“D-Wave的技术原理一直是个谜,给人一种不看好的感觉。”而南加州大学的论文使我们离真相更近了一步,但在该机器的运行机制事宜上,里达尔及其团队仍给外界留下了质疑的空间。

里达尔团队可以肯定的一点是,该系统并不是使用模拟退火法计算模式,这也就意味着该系统正是我们一直在寻求计算方案的一种方式。里达尔认为,模拟退火法模式,就好比在辽阔无边的风景区来找到一个可能存在的最低点。

里达尔说:“我们将其称为精力风景区。在该风景区中隐藏着一个解决方案,你可以想像,那个解决方案正隐藏在表面的最低点。而你正试图找到这个最低点。”这种方式,也就是随意穿过风景区,再顺“山”而下以及将它们甩在身后,直到你找到最深的山谷。

这种手段完全依赖于古典物理学而非量子物理学。但里达尔表示,D-Wave系统运行原理“符合”量子退火法模式。这种方式虽然也同模拟退火法有相似之处,但从本质上讲,它是穿过高山而不是翻过它们。里达尔说:“你能够利用名为隧道效应(tunneling)的量子现象优势,它就好比一个量子快捷方式。”里达尔谨慎地表示,他和他的团队尚没有证实D-Wave机器已在使用量子退火法模式,但该系统看上去确实正在使用该模式。

即使里达尔团队能够证实D-Wave机器以这种方式运行,但也不足以证实该系统就是一台量子计算机。在科学家社区听到这一名称时,他们更趋向于“通用型量子计算机”,即能够处理任何任务的量子计算机产品。D-Wave产品却无法以这种方式工作,而是被设计成处理一些特殊算法。里达尔却认为,从理论上讲,这些理念也可被加以利用以打造出通用型量子计算机。


无论你给予D-Wave产品何种名称,该系统都有着实用价值:有助于解决业界所知道的联合优化问题。联合优化涉及几乎所有产业领域,如染色体序列分析、蛋白质折叠以及风险分析等等。谷歌上月宣布了正使用D-Wave机器的消息,并表示谷歌将借助该系统来协助解决高级机器学习的问题,如创建一个能够像人类一样进行学习的计算系统。

谷歌技术开发主管哈特穆特·奈文(Hartmut Neven)当时在一则博文中写道:“我们相信,量子计算或许将协助解决计算机科学领域中一些最具挑战性问题。所谓机器学习,其实就是要创建出性能更好的模式,从而使预见性更为准确。”

从实用价值上看,谷歌实际上已将D-Wave产品称为量子计算机。正因为如此,谷歌最近刚刚招聘了南加州大学论文作者之一塞吉奥·伯伊斯科(Sergio Boixo)。该机器安装在美国国家航空航天局(NASA)的艾姆斯研究中心里边,此地离谷歌总部不远,该公司将机器安放地点称为“量子人工智能实验室”。在谷歌内部,对于语义学研究的重要性,几乎等同于他们手上每天必须处理的工作任务。

本文地址:https://www.eechina.com/thread-116886-1-1.html     【打印本页】

本站部分文章为转载或网友发布,目的在于传递和分享信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责;文章版权归原作者及原出处所有,如涉及作品内容、版权和其它问题,我们将根据著作权人的要求,第一时间更正或删除。
wangxn2000 发表于 2013-7-2 21:43:44
eric_wang 发表于 2013-7-2 22:02:35
下一次革命?
tony02778 发表于 2013-9-30 13:18:21
謝謝
您需要登录后才可以发表评论 登录 | 立即注册

厂商推荐

相关视频

关于我们  -  服务条款  -  使用指南  -  站点地图  -  友情链接  -  联系我们
电子工程网 © 版权所有   京ICP备16069177号 | 京公网安备11010502021702
快速回复 返回顶部 返回列表