盡管一般認(rèn)為量子電腦仍處于研發(fā)階段,，加拿大D-Wave Systems卻早已在2011年發(fā)布一款號稱“全球首款商用量子電腦”的D-Wave One電腦裝置。然而,，一直有許多批評人士質(zhì)疑它并不是一款“真正的”量子電腦。

　　最近,，我得向一名讀者解釋為什么批評人士指稱D-Wave的“量子電腦”并不是“真正的”量子電腦,，他最后可能礙于我在這個領(lǐng)域的“權(quán)威”而接受了我的答案。然而,，這個問題一直在我的腦海中揮之不去：如果它不是真的量子電腦,，為什么D-Wave以此名號行銷？為了追根究底,，我向D-Wave Systems處理器開發(fā)副總裁Jeremy Hilton請教了這個問題：“為什么批評人士一直說你們的產(chǎn)品不是真的量子電腦呢,？”

　　“量子運算的神圣目標(biāo)在于打造一款‘通用’的量子電腦——不僅能夠解決任何運算問題，而且其速度更超越當(dāng)今最快的超級電腦,，”Hilton表示,，“這就是為什么有人說我們并非‘真正’開發(fā)出量子電腦的理由，因為D-Wave并不是一款‘通用的電腦’?！?/p>

　　D-Wave的量子電腦只能解決最佳化的問題,，也就是那些能以線性等式表達(dá)的問題。這種線性等式中包含了許多變數(shù),，每一個變數(shù)都各有其加權(quán)值(相乘每一變數(shù)的倍數(shù)數(shù)值),。通常，用傳統(tǒng)的“通用電腦”難以解決這種線性等式問題,，必須利用多次反覆為變數(shù)找到最佳數(shù)值組合,。然而，利用D-Wave的特定應(yīng)用量子電腦,，可在一個單次周期中解決問題,。

　　“我們認(rèn)為，以特定應(yīng)用的量子處理器作為起點,，可說是實現(xiàn)通用量子電腦的最佳發(fā)展方式——它可望成為邁向神圣目標(biāo)的利基點,，”Hilton說：“而這就是D-Wave正在做的一切——我們正是利用量子位元來最佳化問題?！?/p>

　　D-Wave在矽基板上的的512超導(dǎo)鈮量子位元,。

　　D-Wave目前的量子處理器性能達(dá)到了512量子位元，能夠在單次機(jī)器周期中以512個(或少于512)變數(shù)解決最佳化的問題,。為了解決基于量子位元的最佳化問題,，D-Wave采用一種稱為“絕熱”(adiabatic)的不同運算模式——即不至于發(fā)生熱耗損或增益。相形之下,，其他研究都致力于開發(fā)一款通用的量子電腦,，量子位元在量子電腦中以類似傳統(tǒng)電腦的方式進(jìn)行處理。

　　“絕熱途徑的目標(biāo)在于保持量子位元處于最低能量狀態(tài),，即最佳化問題的開始與結(jié)束階段,，”Hilton說：“當(dāng)變數(shù)的加權(quán)值輸入量子位元至激勵狀態(tài)，旋即迅速地放松至最低能量狀態(tài),，從而揭露該變數(shù)的最佳值,。”

　　D-Wave 可在安裝于超冷卻載臺上的每片晶圓上取得100顆量子電腦晶片,。

　　目前致力于打造通用量子電腦的研究人員受限于除錯方法,，他們利用數(shù)千個量子位元，歷經(jīng)了所有的計算過程后,，卻僅能確保量子態(tài)的數(shù)值疊加維持正確作業(yè),。而透過絕熱過程，Hilton宣稱,，你就不需要除錯了,，因為量子位元會自然地放松至最低能量狀態(tài),。

　　“量子位元從激發(fā)到放松的過程，都不需要進(jìn)行除錯作業(yè),，”Hilton指出,，“但采用通用量子電腦的傳統(tǒng)閘極模式，你必須先除錯才能順利進(jìn)行作業(yè),?！?/p>

　　量子電腦發(fā)展方向

　　加拿大Info-Tech Research Group資深經(jīng)理暨基礎(chǔ)架構(gòu)分析師Mike Battista表示，“當(dāng)我與D-Wave洽談時,，讓我印象深刻的是他們都十分謙虛,，盡管對于自家公司技術(shù)感到興奮，卻不至于過度承諾其發(fā)展?jié)摿??！?/p>

　　Battista并指出，D-Wave的開創(chuàng)性進(jìn)展還不只是在量子運算領(lǐng)域,，該公司同時也以新的典范累積經(jīng)驗,，例如超導(dǎo)體，它能夠確保摩爾定律的持續(xù)進(jìn)展,。

　　D-Wave處理器開發(fā)副總裁 Jeremy Hilton認(rèn)為，極熱狀態(tài)下的512Qb的模組可利用10kW冷卻器使溫度極速冷卻至至0.2 mK,。

　　“其超導(dǎo)半導(dǎo)體還擁有執(zhí)行量子運算以外的其他優(yōu)勢,，例如不至于釋放熱量，”Battista說：“這項技術(shù)還具有呈指數(shù)級迅速升級的潛力,，或許可在傳統(tǒng)電晶體達(dá)到實體限制時,，持續(xù)摩爾定律的下一個新典范?！?/p>

　　那么,，為什么批評人士指稱這并不是“真正”的量子電腦呢？Battista不僅支持D-Wave的正確發(fā)展方向,，還詳細(xì)地說明理由：“我知道D-Wave的硬體被混合地進(jìn)行測試,，也瞭解為什么大公司選擇投資另一種方式。但如果有任何一丁點的可能性使其成為下一代基礎(chǔ)技術(shù),，足以勾勒未來幾十年的運算發(fā)展,，那么這樣的投資也算值得了。一開始先開發(fā)演算法并發(fā)現(xiàn)可解決量子運算問題的公司,，一旦在可行的硬體出現(xiàn)時,，他們將會擁有巨大的優(yōu)勢?！?/p>

　　最新發(fā)展

　　D-Wave的首款設(shè)計可追溯到2007年,，當(dāng)時只使用了少數(shù)的量子位元(16Qb)，而且也無法擴(kuò)充，不過使用的同樣是目前所用的方式——在矽基板上載入極冷超導(dǎo)鈮量子位元,。從那時起,，Hilton及其研究人員們已經(jīng)重新設(shè)計出一款可擴(kuò)展至任意尺寸的架構(gòu)，利用整合式的可編程磁組記憶體與處理器,，取代早期設(shè)計所中由于扇出導(dǎo)致無法擴(kuò)充的分離電極,。

　　D-Ware從2009年首度向Google展示128Qb的新架構(gòu)后，該公司已持續(xù)升級至256Qb,，接著是目前的512Qb,，將33,000個超導(dǎo)Josephson接面(JJ)電晶體擠進(jìn)一顆4x7mm的晶圓中。在這樣的晶圓尺寸下,，D-Ware可取得100片8寸晶圓,。

　　Hilton表示：“我們的用戶基礎(chǔ)持續(xù)擴(kuò)展，他們正探索需要多少Q(mào)b量子位元的甜密點,，以及試驗其問題,，包括NASA、Google,、美國太空研究協(xié)會(USRA)與Lockheed Martin,，以及能夠透過終端機(jī)(例如南加大USC校園電腦)存取至NASA/Google/USRA機(jī)器的廣大用戶社群?！?/p>

　　D-Wave并提供自家介面工具,，可為其電腦建立“量子機(jī)器碼”，但也提供用于MatLab,、C++ 和Python的API/編譯器,。目前該公司可取得接近98-99%的穩(wěn)定量子位元率，以及具有可實現(xiàn)自動冗余與恢復(fù)損壞量子位元的模式,。

　　根據(jù)里昂證券(CLSA)分析師Ed Maguire Ed表示,，研究人員們已經(jīng)利用D-Wave的量子電腦開發(fā)出蛋白質(zhì)分折、影像檢測,、視訊壓縮,、情感分析等諸多應(yīng)用了。Lockheed技術(shù)長Ray Johnson則表示,，或許它還可以立即告訴你,，如何透過衛(wèi)星網(wǎng)路上執(zhí)行幾百條軟體程式碼來因應(yīng)太陽風(fēng)暴或核爆脈沖——目前像這一類的計算在傳統(tǒng)電腦上可能得花好幾周的時間。

　　D-Wave預(yù)計將在2015年稍晚發(fā)布下一代量子電腦,，它將會采用ANSYS的工程模擬軟體,，進(jìn)一步降低磁真空，以避免量子位元故障,。D-Wave的新款量子電腦將具備完全可重配置與冗余能力,，以取代“通用”量子電腦的除錯作業(yè),。該公司還將致力更多先進(jìn)的演算法與應(yīng)用，以期解決現(xiàn)實世界的問題,，例如編碼量子位元以模擬神經(jīng)網(wǎng)路,，從而加速拓展至深度學(xué)習(xí)與類似的人工智慧(AI)等新領(lǐng)域。