万有瘾力,量子计算机终于要从科幻走进现实了么?

 
尽管近乎天价,D-Wave还是成功拿到了第一张订单,美国知名的军备制造商洛克希德·马丁已经购买了一台D-Wave One并将其用在一些复杂的项目上,比如F-35战斗机软件错误的自动检测。2012年10月,D-Wave公司获得了来自亚马逊创始人及CEO贝索斯(Jeff Bezos)以及美国中情局(CIA)下属投资机构总计3000万美元的投资。

注:好东西军方先用?还是希德·马丁公司当了冤大头?

 
今年年初,D-Wave Two 量子计算机面世,其处理器达到了 512 量子位,是目前商用市场上最强大的量子计算机。其售价也随计算能力飙升,达到1500 万美元——然后就是本文开头发生的事情,获得了谷歌和NASA的订单。对这家公司来说,尽管量子计算机的商业化道路很漫长,但“拼口才不如拼实力”的策略似乎让让它成功了。
 
众巨头竞相为之折腰、被视为摩尔定律终结者的“未来计算机”究竟是什么?
 
量子计算机的设想最早是美国物理学家费曼于1982年提出的。他发现,分析模拟量子物理世界所需要的计算能力远远超过了经典计算机所能达到的能力,而用实验室中一个可控的量子系统(比如:一台量子计算机)来模拟和计算另外一个我们感兴趣的量子系统(比如:宇宙),会非常高效。

注:理查德·费曼 Richard Feynman(1918~1988)

 
与传统计算机类似,我们完成量子计算所操纵的最基本单元也是比特,只不过是量子世界的“比特”。对于传统计算机来说,一个电路不是“开”就是“关”,相对应的一个传统比特不是0就是1。
 
对于量子计算机来说,一个量子比特可以同时表示0和1,两个比特就能表示00、01、10、11四种状态(即2的2次方)。因此理论上,只要有300个量子比特,其承载的数据就能是2的300次方,这将超过整个宇宙的原子数量总和。而300个传统比特能够承载的数据只2的300倍。简而言之,量子计算机的运算能力将是目前传统计算机所无法比拟的。
 
D-Wave的产品真的是量子计算机么?
 
上述“利用N个量子能够承载2的N次方的数据量”叫做“量子门电路”,是一般科学界所说的量子计算机的原理,但D-Wave似乎并非基于这个原理。

注:量子比特原理图

 
D-wave的芯片利用的计算技术名为量子退火,与量子门电路是非常不同的。举例说,能在量子门电路上运行的、有可能瓦解一切密码的一种算法,实际上不能在D-wave的芯片上运行。
 
当然D-Wave声称,在处理“优化”问题的运算上,其产品胜过传统计算机还是毫无压力,谷歌这次购买D-Wave Two拥有超过传统计算机1万倍到5万倍的运算能力。
 
所以,严格意义来讲D-Wave并非一般说的量子计算机;并非通用的计算机,它只能作为传统计算机的辅助,解决一个特定的问题。但由于“优化”是一个牵涉广泛的问题,因此D-Wave还是大有用武之地。且期待谷歌和NASA联手建立的实验室的能放出什么大招吧。

注:D-Wave的系统需要在绝对零度高千分之几度的极端低温下才能运作,图为D-Wave冷却和屏蔽装置的一部分

 
当然,如果将量子计算机定义为关键的计算过程依赖于量子效应的计算机的话,D-Wave仍可以被称为量子计算机。D-Wave公司大打“量子计算机”旗号圈钱,也不算欺诈。
 
一般意义上的通用型量子计算机基于量子力学的基本原理,能够承载的运算数据量甚至能够超过全宇宙的粒子数目。但是,学界认为D-Wave公司的产品并非一般意义上的通用型量子计算机。距离“真正的”量子计算机问世,还将有10~30年的长路要走。
 
量子计算机何时能够普及?
 
在D-Wave大出风头的同时,还有其他的公司和研究机构在开发量子计算芯片。量子内存和量子交换机也正在研究中。

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