作者:Matthias Troyer 来源:《自然—物理学》 发布时间:2014-3-20 15:22:39
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科学家检测首台商用量子计算机速度

D-波公司生产的“D-波量子计算机”。

一直以来,量子计算机作为一种全新的、革命性计算机吸引了业内众多专家的关注。自从加拿大D-波公司推出了第一台商用量子计算机后,围绕该机器的争议就没断过。最近,美国南加州大学洛杉矶分校和苏黎世联邦理工大学研究人员合作,对放在南加州大学的一台108量子比特的计算机进行了检验,却发现它的速度并不比传统计算机更快。相关论文发表在最近的《自然·物理学》杂志上。
 
该机器的名字也叫“D-波”,D-波公司宣称这是一台量子计算机,不管它是否真的利用量子效应来运行,都是业内专家们争论的主题。该公司把它卖给了一些著名用户,这也激起了科学团体、网络博客和新闻记者的广泛兴趣。比如最早的机器在2011年卖给了美国军火制造商洛克希德·马丁公司,交给了南加州大学洛杉矶分校进行测试。去年,谷歌公司购买了第二台机器。由于“D-波”能通过搜索发现一个系统的最低能态,解决关于最优化方案的数学问题,这正是公司对它感兴趣的原因。
 
只是模拟设备
 
在“D-波”中是用一个个超导线路来模拟量子或原子自旋,系统必须冷却到接近绝对零度。自旋有“上”自旋、“下”自旋和“上下叠加”自旋。在“D-波”线路中,用电流方向来模拟自旋。
 
“D-波”是否真的在用量子效应运行?这还不是问题的全部,准确地说,它能不能被称为计算机都受到质疑。还有人提出,它的计算速度是否比传统计算机更快?为了回答这些问题,苏黎世联邦理工大学理论物理学院教授马提亚·特罗亚和南加州大学洛杉矶分校的同事一起,对那里的量子系统进行了测试。
 
经过测试,研究小组得出的结论是不能一概而论:一方面,他们证明了“D-波”确实是利用量子效应运行的;而另一方面,研究人员也说:“‘D-波’只是一个模拟设备,一台用于解决最优化问题的样机。对它更准确的描述是,一台可编程的量子模拟实验机。”特罗亚教授说:“毫无疑问‘D-波’不是一台通用量子计算机。”
 
量子效应持续极短
 
为了对“D-波”进行测试,研究人员写了数千个复杂性不等的问题,把每个问题在三个系统上各运行了一千次。一个系统是“D-波”,另两个是在传统计算机上进行的最优化问题模拟程序:一个考虑量子效应,另一个不考虑。对于每个任务,研究人员记录下各系统给出正确答案的频率。结果“D-波”的表现和考虑了量子效应的模拟程序相同,而有别于没考虑量子效应的模拟程序。
 
面对这样的结果,研究人员也感到吃惊,因为“D-波”的量子相干持续时间极为短暂,只有几十亿分之一秒,而通常要解决一个最优化问题需要的时间是这一时间的500倍。大部分专家认为,“D-波”的量子效应简直不能发挥任何作用。不过特罗亚解释说,“让量子效应在所有时间都保持相干也是没有必要的”。
 
速度不比传统计算机快
 
人们在考虑建造量子计算机时,一个主要原因就是它将来可能大大提高计算速度,因此研究的另一个结论尤为重要:“D-波”的速度并不比一台传统计算机更快。
 
“D-波”的速度是业内专家们热议的主题。尤其是在去年5月,美国阿默斯特学院一位计算机专家发表了一篇质疑文章之后。该文章称,按照计算“D-波”应该比传统计算机的速度快几千倍。研究人员还检验了一台新版的“D-波”,跟刚推出一年的512量子比特版的“D-波”差不多,把结果和南加州大学的108量子比特的“D-波”进行了比较。
 
特罗亚说:“结果证明,传统计算机不仅比108量子比特的‘D-波’快,还能解决512量子比特‘D-波’所能解决的问题,这个512量子比特的新版被认为性能更强。”他们把这些结果和阿默斯特学院的结果进行对比,更清晰显示“D-波”在测试中一贯地比传统计算机慢。
 
特罗亚还指出,阿默斯特学院的研究还有个问题,它把“D-波”的快算法和传统计算机的慢算法进行了对比。“我们为传统计算机开发出了最优化算法,这让它们能媲美目前的512量子比特的‘D-波’。人们现在还不知道,将来更多量子比特的像‘D-波’这样的量子系统,是否真的比传统计算系统更有优势。这个问题很重要,最近我们正在用512量子比特的机器来实验,以找到答案。”(来源:科技日报 常丽君)
 
 
 
 
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