北京時(shí)間7月1日消息，美國知名IT雜志《連線》近日刊登評(píng)論文章稱，美國南加州大學(xué)一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)在一篇論文中表示，D-Wave公司所生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，看上去極有可能是使用了量子計(jì)算機(jī)算法方式，因此可以稱得上是真正意義上的量子計(jì)算機(jī)。從這個(gè)角度上講，諸如谷歌等企業(yè)已使用上D-Wave產(chǎn)品，或許意味量子計(jì)算機(jī)將有著巨大市場(chǎng)應(yīng)用前景。
以下為文章全文：
谷歌買了一臺(tái)，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(tái)。只是對(duì)于他們所購買產(chǎn)品的具體名稱，外界尚未能夠就此達(dá)成一致。
這種產(chǎn)品的制造商D-Wave，將這種產(chǎn)品稱為全球首款量子計(jì)算機(jī)，并認(rèn)為其前瞻性預(yù)示著未來數(shù)學(xué)計(jì)算的發(fā)展方向。但全球大量專家對(duì)此卻存在著頗為不同的看法，稱D-Wave機(jī)器根本不能算是科學(xué)社區(qū)自上個(gè)世紀(jì)80年代以來所追求的計(jì)算圣杯。
毫無疑問，這種爭(zhēng)論仍將繼續(xù)下去。然而今天美國南加州大學(xué)剛剛發(fā)表了一篇論文，其內(nèi)容向證實(shí)D-Wave機(jī)器確實(shí)為量子計(jì)算機(jī)又更近了一步。南加州大學(xué)安裝和運(yùn)行了一臺(tái)洛克希德·馬丁所購買的D-Wave系統(tǒng)，由該校電子工程、化學(xué)及物理學(xué)教授丹尼爾·里達(dá)爾(Daniel Lidar)領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)稱，他們至少已能夠證實(shí)，該機(jī)器并不是使用所謂“模擬退火法”(simulated annealing)的計(jì)算模式，該模式遵循古典物理學(xué)(日常生活中的物理學(xué))的法則，而不是更難以理解的量子物理學(xué)特點(diǎn)。
里達(dá)爾說：“我們的研究將一個(gè)古典模式的類型排除在外，而這種模式正是外界對(duì)于D-Wave機(jī)器功能描述的爭(zhēng)論所在。D-Wave機(jī)器投放市場(chǎng)時(shí)，很多人都持有這種看法，但我們卻排除了這一點(diǎn)。”
這篇名為《可編程量子退火法的實(shí)驗(yàn)報(bào)告》的論文，發(fā)表在知名度很高的學(xué)術(shù)期刊《自然通信》上面。作為一種計(jì)算模式，量子退火法自然是適用于量子領(lǐng)域，且里達(dá)爾表示，該團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果顯示，量子退火法與D-Wave系統(tǒng)運(yùn)行方式之間有著“強(qiáng)烈一致性”。
英國物理學(xué)家戴維·多伊奇(David Deutsch)在1985年首次提出，量子計(jì)算機(jī)就是依照量子力學(xué)原則而運(yùn)行的機(jī)器，量子物理學(xué)研究對(duì)象為很小的事物，如電子和光子等。在古典計(jì)算機(jī)中，是以晶體管方式來存儲(chǔ)單一的比特(bit)信息。如果晶體管處于開啟狀態(tài)，則相當(dāng)于“1”；如果是關(guān)閉狀態(tài)，則相當(dāng)于“0”。而在量子計(jì)算機(jī)中， 由于量子力學(xué)中所謂的疊加原理，信息被保存在可同時(shí)處于兩種狀態(tài)的系統(tǒng)當(dāng)中。
這種“量子位”(qubit)能夠同時(shí)存儲(chǔ)“0”和“1”。如果你組建了兩個(gè)量子位，則他們能夠馬上保持四個(gè)數(shù)值，即00、01、10和11。如果你再增加更多量子位，則這種機(jī)器的計(jì)算機(jī)能力將比古典計(jì)算機(jī)要強(qiáng)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(dāng)你查看，比如說從一個(gè)量子系統(tǒng)中閱讀信息，量子位的信息整體性就會(huì)消失。換句話說，它會(huì)轉(zhuǎn)變成一個(gè)普通比特而僅保持一個(gè)單一值。如此一來，該系統(tǒng)就不再是量子計(jì)算機(jī)。
有許多方法可解決上述問題。D-Wave創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官(CTO)杰奧迪·羅斯(Geordie Rose)及其研發(fā)團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，他們已經(jīng)找到了一個(gè)解決方案。2007年期間，D-Wave發(fā)布了其稱為16量子位的計(jì)算機(jī)，而該公司當(dāng)前產(chǎn)品型號(hào)已是自稱為512量子位機(jī)器。這也是谷歌正在使用的產(chǎn)品。
D-Wave稱，這種機(jī)器包含了512個(gè)超導(dǎo)電路，每個(gè)都是很小的環(huán)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(dòng)，這些電路都能同時(shí)進(jìn)入量子狀態(tài)。當(dāng)你交給機(jī)器一個(gè)處理任務(wù)時(shí)，機(jī)器就會(huì)使用一系列算法，并通過這些量子位來進(jìn)行計(jì)算，然后再得出相應(yīng)結(jié)果。從本質(zhì)上講，該系統(tǒng)的工作原理就是，當(dāng)系統(tǒng)中的溫度增加后，系統(tǒng)將作出決定使一些電路在特殊模式下顯現(xiàn)出來。
然而諸如美國加州大學(xué)戴維斯分校數(shù)學(xué)教授格雷格·庫帕伯格(Greg Kuperberg)等科學(xué)家，卻對(duì)D-Wave機(jī)器的工作原理仍持質(zhì)疑態(tài)度。庫帕伯格去年在接受《連線》雜志采訪時(shí)表示：“D-Wave的技術(shù)原理一直是個(gè)謎，給人一種不看好的感覺。”而南加州大學(xué)的論文使我們離真相更近了一步，但在該機(jī)器的運(yùn)行機(jī)制事宜上，里達(dá)爾及其團(tuán)隊(duì)仍給外界留下了質(zhì)疑的空間。
里達(dá)爾團(tuán)隊(duì)可以肯定的一點(diǎn)是，該系統(tǒng)并不是使用模擬退火法計(jì)算模式，這也就意味著該系統(tǒng)正是我們一直在尋求計(jì)算方案的一種方式。里達(dá)爾認(rèn)為，模擬退火法模式，就好比在遼闊無邊的風(fēng)景區(qū)來找到一個(gè)可能存在的最低點(diǎn)。
里達(dá)爾說：“我們將其稱為精力風(fēng)景區(qū)。在該風(fēng)景區(qū)中隱藏著一個(gè)解決方案，你可以想像，那個(gè)解決方案正隱藏在表面的最低點(diǎn)。而你正試圖找到這個(gè)最低點(diǎn)。”這種方式，也就是隨意穿過風(fēng)景區(qū)，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(xué)而非量子物理學(xué)。但里達(dá)爾表示，D-Wave系統(tǒng)運(yùn)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(zhì)上講，它是穿過高山而不是翻過它們。里達(dá)爾說：“你能夠利用名為隧道效應(yīng)(tunneling)的量子現(xiàn)象優(yōu)勢(shì)，它就好比一個(gè)量子快捷方式。”里達(dá)爾謹(jǐn)慎地表示，他和他的團(tuán)隊(duì)尚沒有證實(shí)D-Wave機(jī)器已在使用量子退火法模式，但該系統(tǒng)看上去確實(shí)正在使用該模式。
南加州大學(xué)電子工程學(xué)教授丹尼爾·里達(dá)爾
即使里達(dá)爾團(tuán)隊(duì)能夠證實(shí)D-Wave機(jī)器以這種方式運(yùn)行，但也不足以證實(shí)該系統(tǒng)就是一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)。在科學(xué)家社區(qū)聽到這一名稱時(shí)，他們更趨向于“通用型量子計(jì)算機(jī)”，即能夠處理任何任務(wù)的量子計(jì)算機(jī)產(chǎn)品。D-Wave產(chǎn)品卻無法以這種方式工作，而是被設(shè)計(jì)成處理一些特殊算法。里達(dá)爾卻認(rèn)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(jì)算機(jī)。
無論你給予D-Wave產(chǎn)品何種名稱，該系統(tǒng)都有著實(shí)用價(jià)值：有助于解決業(yè)界所知道的聯(lián)合優(yōu)化問題。聯(lián)合優(yōu)化涉及幾乎所有產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，如染色體序列分析、蛋白質(zhì)折疊以及風(fēng)險(xiǎn)分析等等。谷歌上月宣布了正使用D-Wave機(jī)器的消息，并表示谷歌將借助該系統(tǒng)來協(xié)助解決高級(jí)機(jī)器學(xué)習(xí)的問題，如創(chuàng)建一個(gè)能夠像人類一樣進(jìn)行學(xué)習(xí)的計(jì)算系統(tǒng)。
谷歌技術(shù)開發(fā)主管哈特穆特·奈文(Hartmut Neven)當(dāng)時(shí)在一則博文中寫道：“我們相信，量子計(jì)算或許將協(xié)助解決計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域中一些最具挑戰(zhàn)性問題。所謂機(jī)器學(xué)習(xí)，其實(shí)就是要?jiǎng)?chuàng)建出性能更好的模式，從而使預(yù)見性更為準(zhǔn)確。”
從實(shí)用價(jià)值上看，谷歌實(shí)際上已將D-Wave產(chǎn)品稱為量子計(jì)算機(jī)。正因?yàn)槿绱耍雀枳罱鼊倓傉衅噶四霞又荽髮W(xué)論文作者之一塞吉奧·伯伊斯科(Sergio Boixo)。該機(jī)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(yuǎn)，該公司將機(jī)器安放地點(diǎn)稱為“量子人工智能實(shí)驗(yàn)室”。在谷歌內(nèi)部，對(duì)于語義學(xué)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(wù)。
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