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科学家检测首台商用量子计算机速度

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来源: 作者: 2019-05-16 21:21:41

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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一粒白色的金盏花种子
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,都是业内专家们争辩的主题。该公司把它卖给了一些著名用户,这也激起了科学团体、络博客和的广泛兴趣。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’只是一个摹拟设备,1台用于解决最优化问题的样机。对它更准确的描写是,一台可编程的量子摹拟实验机。”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摹拟程序: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摹拟程序。

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

人们在斟酌建造量子计算机时,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以后。该文章称,按照计算“D-波”应当比传统计算机的速度快几千倍。研究人员还检验了1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,把结果武汉热干面制售标准出台 芝麻成分不得少于50%
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。”

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