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美國知名IT雜志《連線》近日刊登評論文章稱，美國南加州大學一個研究團隊在一篇論文中表示，D-Wave公司所生產的計算機系統，看上去極有可能是使用了量子計算機算法方式，因此可以稱得上是真正意義上的量子計算機。從這個角度上講，諸如谷歌等企業已使用上D-Wave產品，或許意味量子計算機將有著巨大市場應用前景。以下為文章全文： 谷歌買了一臺，全球第一大國防承包商洛克希德·馬丁(Lockheed Martin)公司也購買了一臺。只是對于他們所購買產品的具體名稱，外界尚未能夠就此達成一致。 這種產品的制造商D-Wave，將這種產品稱為全球首款量子計算機，并認為其前瞻性預示著未來數學計算的發展方向。但全球大量專家對此卻存在著頗為不同的看法，稱D-Wave機器根本不能算是科學社區自上個世紀80年代以來所追求的計算圣杯。 毫無疑問，這種爭論仍將繼續下去。然而今天美國南加州大學剛剛發表了一篇論文，其內容向證實D-Wave機器確實為量子計算機又更近了一步。南加州大學安裝和運行了一臺洛克希德·馬丁所購買的D-Wave系統，由該校電子工程、化學及物理學教授丹尼爾·里達爾(Daniel Lidar)領導的研究團隊稱，他們至少已能夠證實，該機器并不是使用所謂“模擬退火法”(simulated annealing)的計算模式，該模式遵循古典物理學(日常生活中的物理學)的法則，而不是更難以理解的量子物理學特點。 里達爾說：“我們的研究將一個古典模式的類型排除在外，而這種模式正是外界對于D-Wave機器功能描述的爭論所在。D-Wave機器投放市場時，很多人都持有這種看法，但我們卻排除了這一點。” 這篇名為《可編程量子退火法的實驗報告》的論文，發表在知名度很高的學術期刊《自然通信》上面。作為一種計算模式，量子退火法自然是適用于量子領域，且里達爾表示，該團隊的研究結果顯示，量子退火法與D-Wave系統運行方式之間有著“強烈一致性”。 英國物理學家戴維·多伊奇(David Deutsch)在1985年首次提出，量子計算機就是依照量子力學原則而運行的機器，量子物理學研究對象為很小的事物，如電子和光子等。在古典計算機中，是以晶體管方式來存儲單一的比特(bit)信息。如果晶體管處于開啟狀態，則相當于“1”；如果是關閉狀態，則相當于“0”。而在量子計算機中， 由于量子力學中所謂的疊加原理，信息被保存在可同時處于兩種狀態的系統當中。 這種“量子位”(qubit)能夠同時存儲“0”和“1”。如果你組建了兩個量子位，則他們能夠馬上保持四個數值，即00、01、10和11。如果你再增加更多量子位，則這種機器的計算機能力將比古典計算機要強大得多。 但令人傷腦筋的事情是，即使是組建單一量子位也非常困難。當你查看，比如說從一個量子系統中閱讀信息，量子位的信息整體性就會消失。換句話說，它會轉變成一個普通比特而僅保持一個單一值。如此一來，該系統就不再是量子計算機。 有許多方法可解決上述問題。D-Wave創始人兼首席技術官(CTO)杰奧迪·羅斯(Geordie Rose)及其研發團隊認為，他們已經找到了一個解決方案。2007年期間，D-Wave發布了其稱為16量子位的計算機，而該公司當前產品型號已是自稱為512量子位機器。這也是谷歌正在使用的產品。 D-Wave稱，這種機器包含了512個超導電路，每個都是很小的環型電流。該公司表示，這些電路被冷卻在幾乎完美的零度，因此無論這些電流正向或反向流動，這些電路都能同時進入量子狀態。當你交給機器一個處理任務時，機器就會使用一系列算法，并通過這些量子位來進行計算，然后再得出相應結果。從本質上講，該系統的工作原理就是，當系統中的溫度增加后，系統將作出決定使一些電路在特殊模式下顯現出來。 然而諸如美國加州大學戴維斯分校數學教授格雷格·庫帕伯格(Greg Kuperberg)等科學家，卻對D-Wave機器的工作原理仍持質疑態度。庫帕伯格去年在接受《連線》雜志采訪時表示：“D-Wave的技術原理一直是個謎，給人一種不看好的感覺。”而南加州大學的論文使我們離真相更近了一步，但在該機器的運行機制事宜上，里達爾及其團隊仍給外界留下了質疑的空間。 里達爾團隊可以肯定的一點是，該系統并不是使用模擬退火法計算模式，這也就意味著該系統正是我們一直在尋求計算方案的一種方式。里達爾認為，模擬退火法模式，就好比在遼闊無邊的風景區來找到一個可能存在的最低點。 里達爾說：“我們將其稱為精力風景區。在該風景區中隱藏著一個解決方案，你可以想像，那個解決方案正隱藏在表面的最低點。而你正試圖找到這個最低點。”這種方式，也就是隨意穿過風景區，再順“山”而下以及將它們甩在身后，直到你找到最深的山谷。 這種手段完全依賴于古典物理學而非量子物理學。但里達爾表示，D-Wave系統運行原理“符合”量子退火法模式。這種方式雖然也同模擬退火法有相似之處，但從本質上講，它是穿過高山而不是翻過它們。里達爾說：“你能夠利用名為隧道效應(tunneling)的量子現象優勢，它就好比一個量子快捷方式。”里達爾謹慎地表示，他和他的團隊尚沒有證實D-Wave機器已在使用量子退火法模式，但該系統看上去確實正在使用該模式。 即使里達爾團隊能夠證實D-Wave機器以這種方式運行，但也不足以證實該系統就是一臺量子計算機。在科學家社區聽到這一名稱時，他們更趨向于“通用型量子計算機”，即能夠處理任何任務的量子計算機產品。D-Wave產品卻無法以這種方式工作，而是被設計成處理一些特殊算法。里達爾卻認為，從理論上講，這些理念也可被加以利用以打造出通用型量子計算機。 無論你給予D-Wave產品何種名稱，該系統都有著實用價值：有助于解決業界所知道的聯合優化問題。聯合優化涉及幾乎所有產業領域，如染色體序列分析、蛋白質折疊以及風險分析等等。谷歌上月宣布了正使用D-Wave機器的消息，并表示谷歌將借助該系統來協助解決高級機器學習的問題，如創建一個能夠像人類一樣進行學習的計算系統。 谷歌技術開發主管哈特穆特·奈文(Hartmut Neven)當時在一則博文中寫道：“我們相信，量子計算或許將協助解決計算機科學領域中一些最具挑戰性問題。所謂機器學習，其實就是要創建出性能更好的模式，從而使預見性更為準確。” 從實用價值上看，谷歌實際上已將D-Wave產品稱為量子計算機。正因為如此，谷歌最近剛剛招聘了南加州大學論文作者之一塞吉奧·伯伊斯科(Sergio Boixo)。該機器安裝在美國國家航空航天局(NASA)的艾姆斯研究中心里邊，此地離谷歌總部不遠，該公司將機器安放地點稱為“量子人工智能實驗室”。在谷歌內部，對于語義學研究的重要性，幾乎等同于他們手上每天必須處理的工作任務。 |
