智東西（公眾號：zhidxcom）
編譯 | 夏舍予
編輯 | 徐珊
智東西7月11日消息，根(gen)據外媒IEEE Spectrum報道(dao)，量(liang)(liang)子(zi)計算(suan)機(ji)(ji)的(de)領頭公司D-Wave預計將在2023或2024年發(fa)(fa)布下一代量(liang)(liang)子(zi)計算(suan)機(ji)(ji)系統Advantage2的(de)正式(shi)版。今(jin)年六(liu)月，D-Wave已經在Leap量(liang)(liang)子(zi)云系統上發(fa)(fa)布了Advantage2的(de)原型機(ji)(ji)。
Advantage2系統是D-Wave的(de)第六代量子(zi)計(ji)算機系統，其量子(zi)比(bi)特(te)連接(jie)數從Advantage1的(de)15個(ge)增加到了20個(ge)，D-Wave將(jiang)這種20個(ge)量子(zi)比(bi)特(te)的(de)拓(tuo)撲命(ming)名(ming)為Zephyr拓(tuo)撲（Zephyrtopology）。
D-Wave此次發布的(de)Advantage2原(yuan)型機(ji)有(you)500多(duo)個量子(zi)比特，而(er)即將(jiang)發布的(de)正式版有(you)7000個量子(zi)比特。D-Wave稱(cheng)，屆時7000量子(zi)比特計(ji)算(suan)機(ji)將(jiang)成(cheng)為世界上功能最強大的(de)量子(zi)計(ji)算(suan)機(ji)。
▲D-Wave此前發布過的退(tui)火量子計算機
一、一次運行兩次計算，量子計算機數據計算量更大
D-Wave的Advantage2屬于退火(huo)量子計算機系(xi)統。
目前量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)計(ji)算機(ji)的常見(jian)種(zhong)(zhong)類有兩種(zhong)(zhong)：門模(mo)型量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)計(ji)算機(ji)（gate?model quantum computers）和退(tui)火量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)計(ji)算機(ji)（annealing quantum computers）。門模(mo)型量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)計(ji)算機(ji)電(dian)路中(zhong)的量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)比(bi)特(te)以固定的順序相互作用(yong)，而退(tui)火量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)計(ji)算機(ji)電(dian)路中(zhong)的量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)比(bi)特(te)卻是(shi)在基態(tai)中(zhong)相互作用(yong)，基態(tai)就是(shi)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)計(ji)算機(ji)在緩慢冷卻過程(cheng)中(zhong)找到的最低(di)能量(liang)(liang)(liang)狀態(tai)。
量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)計(ji)(ji)算(suan)(suan)機(ji)與傳(chuan)統(tong)計(ji)(ji)算(suan)(suan)機(ji)有(you)很大(da)不同。傳(chuan)統(tong)計(ji)(ji)算(suan)(suan)機(ji)打開晶(jing)體管(guan)表示數值(zhi)1，關閉晶(jing)體管(guan)表示數值(zhi)0，這(zhe)是(shi)(shi)兩(liang)種(zhong)互斥狀態。但是(shi)(shi)量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)計(ji)(ji)算(suan)(suan)機(ji)可以(yi)(yi)同時表示0和1兩(liang)個數值(zhi)。這(zhe)是(shi)(shi)由于量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)物(wu)理的(de)(de)特(te)性(xing)，每(mei)個量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)比(bi)(bi)特(te)會(hui)存在一(yi)種(zhong)疊(die)加狀態。在這(zhe)種(zhong)狀態下，每(mei)個量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)比(bi)(bi)特(te)的(de)(de)本(ben)質是(shi)(shi)1又是(shi)(shi)0，所以(yi)(yi)每(mei)個量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)比(bi)(bi)特(te)可以(yi)(yi)一(yi)次性(xing)進行(xing)兩(liang)次計(ji)(ji)算(suan)(suan)。量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)比(bi)(bi)特(te)糾纏(chan)得越(yue)多，量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)計(ji)(ji)算(suan)(suan)機(ji)的(de)(de)能力就越(yue)強。
▲D-Wave的(de)Leap云系統(tong)
二、退火量機獨特優勢，尋找最優解
實(shi)驗物理學家(jia)兼D-Wave退火(huo)量(liang)(liang)子產品負責(ze)人埃米爾(er)·霍(huo)斯金(jin)森(sen)（Emile Hoskinson）說：“退火(huo)量(liang)(liang)子計(ji)算(suan)機通常應用(yong)于解決優(you)化問題(ti)。退火(huo)量(liang)(liang)子計(ji)算(suan)機可(ke)以從所有可(ke)能(neng)的情況中找到最佳(jia)解決方(fang)案，例(li)如繪制(zhi)出從A點到B點的最快路線。”
霍斯金森進一(yi)步(bu)解釋說(shuo)，以在室外空(kong)間尋(xun)找(zhao)最(zui)低(di)(di)點(dian)為例，傳統的(de)計(ji)算(suan)機(ji)可能會在表面(mian)上(shang)找(zhao)一(yi)個(ge)(ge)隨(sui)機(ji)點(dian)，然后(hou)以這(zhe)(zhe)個(ge)(ge)點(dian)為基準，四處(chu)尋(xun)找(zhao)比這(zhe)(zhe)個(ge)(ge)點(dian)更低(di)(di)的(de)點(dian)，直到(dao)再也(ye)找(zhao)不到(dao)更低(di)(di)的(de)點(dian)為止。但是(shi)通過(guo)這(zhe)(zhe)種方法(fa)，計(ji)算(suan)機(ji)找(zhao)到(dao)的(de)通常只是(shi)局(ju)(ju)部最(zui)小值。而退火量子計(ji)算(suan)機(ji)可以在表面(mian)上(shang)同(tong)時找(zhao)很(hen)多個(ge)(ge)點(dian)，以這(zhe)(zhe)些作為基準，減少結(jie)果出現局(ju)(ju)部最(zui)小值的(de)幾率。
▲D-Wave的CEO：Vern Brownell
三、Advantage2連接數更多，能夠處理更復雜優化問題
當采用Zephyr拓(tuo)撲時，Advantage2系(xi)統的(de)量(liang)子比特連(lian)接數(shu)是20個。
霍(huo)斯金森表(biao)示，在實(shi)驗中，Advantage2成功找到最佳解決方案的(de)幾(ji)率是(shi)89%，比82%成功率的(de)Advantage1表(biao)現(xian)更好。這(zhe)是(shi)因為Advantage2的(de)量(liang)子比特的(de)連(lian)接性更強，多個(ge)量(liang)子比特可以通過一種(zhong)被稱為嵌入（embedding）的(de)策略連(lian)接在一起。
霍斯金森表示，量子比特之間(jian)的連接性(xing)非(fei)常重(zhong)要，這就好(hao)比是(shi)一個社交(jiao)網絡，網絡中節點之間(jian)的連接數量增(zeng)加，其(qi)影(ying)響和互動的復雜性(xing)也會增(zeng)加。
霍斯金(jin)森(sen)說：“復雜性(xing)可(ke)以體現(xian)(xian)在解(jie)決問題所(suo)需(xu)要的(de)計算規(gui)模上，例(li)如(ru)變量數量和約束條件等。復雜性(xing)同樣可(ke)以體現(xian)(xian)在商業案例(li)的(de)應用(yong)上。如(ru)果企業改(gai)變了時間表或者供應鏈的(de)計劃安排，又需(xu)要快(kuai)速從所(suo)有(you)可(ke)能的(de)情況中找到最佳解(jie)決方案，這種情況會(hui)增加問題的(de)復雜性(xing)。而(er)Advantage2系統可(ke)以更好、更快(kuai)地解(jie)決這類復雜問題的(de)應用(yong)。”
除此之外(wai)，Advantage2系統(tong)可以支持更大的(de)能量(liang)規模（energy?scale），這(zhe)能減少熱波(bo)動對量(liang)子比(bi)特的(de)干擾(rao)性，提高(gao)了(le)量(liang)子計算機的(de)準確率。
隨著(zhu)Advantage2的Zephyr拓(tuo)撲結構(gou)和更(geng)大(da)的能量(liang)規模(mo)，嵌(qian)入(ru)策略可(ke)以解決更(geng)多(duo)復雜的商業問(wen)題(ti)。
▲Zephyr拓撲結構(gou)的剪影(ying)
四、低噪音工藝加持，Advantage2性能大幅提升
霍(huo)斯金森說，D-Wave正在研發一種新的低噪聲、多層超導集成電路制造工藝，這(zhe)種工藝在提高Advantage2的性(xing)能和提升量子比(bi)特(te)連(lian)接性(xing)方(fang)面具有顯著效果(guo)。
霍斯(si)金森說：“雖然Advantage2原型(xing)機采(cai)用的(de)(de)(de)是我們(men)現在的(de)(de)(de)堆(dui)棧(zhan)（fabrication?stack），但(dan)最終(zhong)的(de)(de)(de)Advantage2正式(shi)版(ban)系統(tong)將(jiang)采(cai)用全新(xin)的(de)(de)(de)低(di)噪音堆(dui)棧(zhan)。我們(men)對新(xin)堆(dui)棧(zhan)的(de)(de)(de)早期實驗結果(guo)顯(xian)示，與舊堆(dui)棧(zhan)相比，新(xin)堆(dui)棧(zhan)的(de)(de)(de)低(di)頻通量噪聲(sheng)降(jiang)(jiang)低(di)了7倍，綜合通量噪聲(sheng)降(jiang)(jiang)低(di)了3倍，這將(jiang)進一步幫助Advantage2提高系統(tong)性(xing)能。”
霍斯金森表示，他們打算開放Advantage2原型(xing)機的(de)(de)使(shi)用(yong)(yong)，旨在與(yu)用(yong)(yong)戶分享D-Wave正在學(xue)習的(de)(de)知識以及從用(yong)(yong)戶社區中獲(huo)得使(shi)用(yong)(yong)反饋，從而(er)繼續構建完(wan)整的(de)(de)Advantage2系(xi)統。
霍斯金森進一步講道：“Advantage2是D-Wave全新設計(ji)的量(liang)子計(ji)算機系統，未(wei)來，隨著(zhu)Advantage2系統的投入使(shi)用(yong)，D-Wave將證明連接性和低噪(zao)聲將可以顯(xian)著(zhu)提高(gao)量(liang)子計(ji)算機的性能。通過提供Advantage2原型的商業化訪問，我(wo)們有機會為客戶帶來新量(liang)子應用(yong)體(ti)驗(yan)，窺見未(wei)來。”
▲D-Wave即將推出(chu)新(xin)的Advantage2系統
五、大眾、NASA、谷歌等已成為D-Wave的量子計算機客戶
D-Wave公司于1999年成立(li)，是世界上第(di)一家量(liang)子計算(suan)(suan)(suan)機的商業供應商。外界對這(zhe)家公司的評價(jia)褒(bao)貶不一，許(xu)多人一直懷(huai)疑(yi)其量(liang)子計算(suan)(suan)(suan)機是否真的比普通(tong)計算(suan)(suan)(suan)機功能更強(qiang)大。但也有一些知名公司認可D-Wave的技(ji)術，并與(yu)該公司建(jian)立(li)了良好(hao)的合作。
2011年，航空(kong)航天制(zhi)造商洛克希德·馬(ma)丁公(gong)司(si)（Lockheed Martin Space Systems Company）購買了D-Wave的(de)第一(yi)個量子(zi)計算系統——128量子(zi)比(bi)特的(de)D-Wave1。2013年，NASA與(yu)谷歌合作的(de)的(de)量子(zi)人工(gong)智能(neng)實(shi)驗室(shi)購買了該公(gong)司(si)的(de)D-Wave?2。此后，南加州大(da)學(xue)和洛斯(si)阿拉(la)莫斯(si)國家實(shi)驗室(shi)等也成(cheng)了該公(gong)司(si)的(de)客戶(hu)。
霍斯金森說：“我們(men)有廣泛的客(ke)戶群體(ti)，例如大眾、豐田、埃森哲和洛克希德(de)·馬丁公(gong)司，它(ta)們(men)已經在資源調度、物(wu)流、投資組合優化等不同領域建(jian)立了數百個早期量(liang)子應用。”
結語：蟄伏23年終迎高光，D-Wave能否引領量子計算機領域？
自1999年起至(zhi)今，D-Wave已經在量(liang)子(zi)計算機(ji)領(ling)域(yu)專注了(le)23年。
D-Wave公(gong)司以其獨(du)家的退火技術量子(zi)計(ji)算而聞名世界(jie)(jie)，但是外界(jie)(jie)對該公(gong)司的爭議(yi)不斷，D-Wave退火量子(zi)計(ji)算技術早期并未得(de)到學界(jie)(jie)和工業界(jie)(jie)的完全認可。
直到2022年2月，這家公司宣(xuan)布計劃將通過(guo)SPAC機制(zhi)在紐約證券交(jiao)易所(suo)上市。經(jing)過(guo)多(duo)年的(de)(de)耕耘后，D-Wave終于要迎來屬于自己(ji)的(de)(de)高光(guang)時刻(ke)。
但是目(mu)前業界人士仍然對其(qi)(qi)退火量子(zi)(zi)計(ji)算(suan)(suan)機有所顧慮，其(qi)(qi)中最大的擔憂就是退火量子(zi)(zi)計(ji)算(suan)(suan)機的獨(du)有優勢——解決優化問題的能(neng)力，是否會被其(qi)(qi)他通(tong)用型量子(zi)(zi)計(ji)算(suan)(suan)機所替代。這或(huo)許(xu)是D-Wave在量子(zi)(zi)計(ji)算(suan)(suan)機領域面(mian)臨的最大潛在威脅。
來源：IEEE Specturm
