月度归档:2013年05月

量子计算机商业应用展现前景

据4月9日加拿大媒体消息,位于大温哥华地区本拿比市的量子计算机公司(D-WaveSystemsInc),获得美国国防公司洛克希德·马丁公司投资1000万美元订单,开发量子计算机。这也是该公司两年前获得洛马公司订单后,再次获得世界最大的航空航天及国防科技巨臂的青睐,洛马公司这次是将D-WaveOne量子计算机升级为D-WaveTwo

量子计算机公司创始人乔迪·罗斯(GeordieRose)称,量子计算机比传统计算机快,其新一代D-WaveTwo比上一代快50万倍。他认为,没有洛马公司的投资,公司不可能达至目前成果。量子计算机可在瞬间完成普通计算机经年累月才能完成的任务,目前最强大的超级计算机也无法超过它的运算速度,它还较容易实现图像识别等一般计算机难以实现的功能。洛马公司首席技术官雷·约翰逊(RayJohnson)说,洛马公司将用新的量子计算机开发、测试精密雷达和航空、航天运载系统。

罗斯毕业于加不列颠哥伦比亚大学(UBC),获理论物理博士学位,他没有透露具体的投资额。几个技术博客猜测,投资在1000万美元量级。这笔投资对罗斯来说非常关键,因为业界一直怀疑量子计算技术的商用前景,目前全世界还没有其他一家公司开展商业开发。罗斯认为,这好比莱特兄弟的试飞,全新的、前所未有的东西将会出现。他相信,如果公司继续沿着相关的路径发展下去,每两年将会发布新的、更快的处理器。

敢问Google:你为何搞量子计算机

5月23日,前几天,Google与NASA(美国宇航局)合作建立一个实验室,目的是研究量子计算机。Google与高校空间研究协会(与NASA有密切合作的非盈利组织)购买了量子计算机,进行量子计算研究。

量子计算与传统计算的区别

传统电脑利用几百万个电子晶体管进行数字运算,将0和1作为基本元素。量子计算机完全不同,它更有弹性,它使用的不是二进位代码,而是量子位元(又叫“量子比特(Qubits)”),它可以同时代表0和1。要进行量子计算并不容易,但在一些数字电脑失败的领域它可以发挥所长。

Google用一个简单的例子来告诉我们量子计算机和传统计算机的差别:

在一个虚拟界面上存在山冈和低谷,我们要找到最低点。传统电脑会从一个点开始寻找,不断搜索,有系统地搜索:是这里吗?这里呢?查找的过程很慢,除非你有无限的时间和耐心,否则就只有向“足够好”的答案屈服;要知道,就算现在的答案不错,新的、更低的点也可能在几次计算后出现。

量子计算效率就高多了,因为它可以同时从多个标准来评估,从而大大改进计算效率。

量子计算机无法替代传统计算机

IBM和微软等许多科技公司都在研究量子计算技术。D-Wave是唯一销售量子计算机硬件的厂商。D-Wave公司科林·威廉姆斯(Colin Williams)说,在少数复杂问题上,量子计算机要快5万倍。要注意,它是有前提的,因此宣称的高速有所保留。

比如,你如果只想发个邮箱、听首音乐,用量子计算机不会有太大区别,但完成复杂任务就不同了。

Google Research工程主管哈特穆特·内文(Hartmut Neven)在博客中表示:“希望量子计算机可以让研究人员更有效率地工作,更准确地为一切研究建模,包括语音识别、网络搜索、蛋白质折叠。我们相信,在已知物理定律下,量子机器学习能带来最富创造力的解决方案。”

我们可以这样理解:量子计算机不太可能很快淘汰数字计算,量子计算机有自己的限制,而且它很难建造、很贵。

还有,到目前为止,量子计算机大多是基于理论的,量子人工实验室(Quantum Artificial Intelligence Lab)设立的目的之一就是推动理论的发展。它的目标是将理论用于实践,解决现实的问题,为真正的量子设备编写代码。未来有何计划?会不会用在个人方面?Google拒绝透露详情。

Google为何感兴趣

微软也有自己的项目,它叫Station Q,它也是为复杂数学问题寻找量子计算方案,还有许多其它研究组织也在着手相关问题的研究。

Google对新技术一直很痴迷,社交网、可穿戴设备、自驾汽车、现在又是量子计算。这些项目有一些相似之处,它们都可以强化公司的数据中心基础设施。

Google希望利用量子计算更好地理解人的语音提问,该技术不只可以用在搜索引擎上,还可以用在移动应用上,如Google Now和Google Maps。

Google称:“我们已经开发一些量子机器学习算法。当中一些可以提高识别能力,比如在移动设备电源不足时识别。一些可以处理高度污染的训练数据,在现实世界中,许多时候数据被贴错标签。我们还从中学到一些经验,比如,纯粹使用量子计算不会得到最好结果,将量子计算与传统计算结合更好。”

NASA与谷歌将合作使用量子计算机

全球首家提供商用量子计算机的加拿大D-Wave Systems公司今天宣布,它售出了第二台价格为1,000万美元的D-Wave Two量子计算机。签署该销售合同的双方分别是非盈利独立机构大学空间研究协会(Universities Space Research Association,简称USRA)和D-Wave。谷歌、USRA和美国国家航空航天局(NASA)将合作使用这台量子计算机。

这台量子计算机将安装在一个新的实验室里,而该实验室将设在NASA的艾姆斯研究中心(Ames Research Center)里。这台计算机预计在今年第三季度上线。除了产品销售之外,D-Wave还将提供诸如维护等持续服务。该公司还将在这台计算机上与NASA、谷歌和USRA展开密切合作。

D-Wave的美国区总裁波·艾瓦德(Bo Ewald)告诉我说:“我期待这成为一场协作。我们的一些科学家、数学家和计算机科学家将在艾姆斯研究中心工作。”

在选择与D-Wave签署此份合同之前,由NASA、谷歌和USRA组成的这个合作组织首先对配置512量子比特芯片的D-Wave Two量子计算机进行了一系列性能评价测试,他们发现其规格均达到或超过要求。在D-Wave对2,048量子比特芯片加以完善之后,这台计算机将进行相应的升级。

值得一提的是,这台D-Wave量子计算机并不是像个人电脑(PC)那样的普通计算机,而是经优化后用以解决特定类型问题的超级计算机,而且它很可能使用量子效应来解决这些问题。

(至于这款D-Wave量子计算机是否使用量子过程来进行运算,这在学术界一直是一个激烈争论的焦点问题。然而,南加州大学的一个研究团队最近利用洛克希德-马丁公司的D-Wave量子计算机进行的一项研究似乎表明,这款量子计算机内部确实有量子效应发生。这些量子效应是否产生一个“加速”作用——即运算速度快于传统方法——仍然是一个有争论的问题。)

在艾姆斯研究中心设立的新实验室将把这台D-Wave量子计算机用于一些应用领域,但他们将专注于改善一些用于改进机器学习和人工智能的算法。该实验室还将研究这台计算机是否可以优化我们搜寻太阳系外行星的进程。

谷歌在一份声明中表示:“我们希望它可以帮助研究人员为包括从语音识别、网络搜索到蛋白质折叠等在内的所有领域,构建更为高效而实际的模型。”

按照此份合作协议的条款,这台计算机有20%的使用时间将授予大学研究的用途。各研究小组将提交各自拟使用这台计算机的提案,然后通过竞争来选择。然而,一旦他们通过了这个选择过程,他们就将获准免费使用这台计算机。

就个人而言,艾瓦德对他这家刚创立不久的公司又迈出一步感到相当兴奋。“对于一家刚刚起步的公司来说,洛克希德马丁公司成为我们的第一个客户,然后谷歌和NASA成为我们的第二个客户?哇噢,这绝对是一个非常好的开端。”

更新:本文早先版本曾指出,NASA合作购买D-Wave量子计算机NASA的一位发言人澄清说,虽然NASA与谷歌和USRA合作使用这台计算机,但NASA“没有购买或租赁这台计算机。”

译 陈玮 校 丁盈幸

谷歌剑指量子计算机 A股重温“量子热”

最近一段时间,各类题材炒作风起云涌,其中新的科研成果以及“名人”效应都起到了推波助澜的作用。近日,据海外媒体报道,谷歌计划参与创办一个研究量子计算的实验室,旨在使谷歌和其他机构的研究人员尝试利用量子计算机解决不同类型的计算问题,这 无疑是对量子计算技术的认可。而早有研究显示,量子计算的运行速度比经典计算技术要快好几个数量级,且有可能颠覆诸如新药开发之类的领域。分析人士指出,谷歌作为计算机领域的一大巨头,其举措无疑会引发全球范围内源源不断的跟随者,A股市场上涉及量子技术的相关上市公司,如零七股份(000007)、三普药业(600869)及三维通信(002115)有望获得资金青睐。

计算机三巨头

均参与研发量子计算技术

谷歌研究人员哈特穆特&内文发表博文称,公司方面希望量子计算技术可以推动机器学习领域的发展,在疾病治疗、跟踪气候变化和开发语音识别技术方面发挥作用。新系统可能的用途包括更好地解决空中交通管制、机器人,以及任务规划和调度等领域的问题。

而自1999年以来,加拿大公司D-Wave就一直从事量子计算技术的研究,是唯一销售量子计算机硬件的厂商。由D-Wave生产的一台量子计算机将安装在美国宇航局艾姆斯研究中心——距离谷歌位于山景城的公司总部不远。这台量子计算机由非盈利机构大学空间研究协会负责管理。

目前,IBM和微软等许多科技公司都在投入研究量子计算技术。而早在去年,拦在量子计算技术的最后一道障碍——毫秒相干时间,被IBM研究院的研究员正式攻破。去年2月在波士顿T.J. Watson研究中心召开的年度美国物理学界年会(APS)上,IBM方面宣布该项技术获得三大突破,这使得该项技术有望实现商品化。下一步IBM计划设计出可行的量子计算机元器件,包括固有误差探测和修正邻近设备。

而据海外媒体报道,黑莓投资人迈克·拉扎里迪斯和道格弗莱金再次联手投资一亿美元,以培育足以引领下一波计算领域浪潮的量子科学技术,并将其商用化。

量子计算技术

或引爆人工智能革命

据介绍,2012年量子计算技术与传统计算机的性能相当;到2013年,就相当于所有传统计算机能力之和;而到2014年,将可以解决任何非量子计算机均无法解决的特定问题。

需要指出的是,“量子位数量每年翻番”的别称是罗斯定律,这是依据D-Wave创始人罗斯的名字命名而成。跟定义传统计算业增长速度的摩尔定律一样,罗斯定律意味着量子计算机的计算能力会有更加强悍的指数级增长。而这种增长速度对于人工智能、医疗、互联网搜索等领域的意义十分重大。

分析人士指出,这是一条更加陡峭的增长曲线,一旦量子计算机的能力超越传统计算机,后者将永远无法赶超量子计算机。

目前,量子技术在认知科学上已经取得进展,这令人们可以在工程系统中尝试模仿人类的学习方式,并为建造表现和模仿人类智能的工程系统服务。这种智能不仅仅是说做事情更快,而且还要模仿人类的创造力、判断力等。而光量子芯片具备运算速度快、体积微小的特点,应用于纳米级机器人的制造、各种电子装置中以及嵌入式技术中;不仅如此,其应用范围还包括卫星航天器、核能控制等大型设备、中微子通信技术、量子通信技术、虚空间通信技术等信息传播领域,以及未来先进军事高科技武器和新医疗技术等高精端科研领域。

A股市场或掀“量子热”

谷歌作为计算机领域的一大巨头,其涉足量子技术的举措,无疑会引发全球范围内源源不断的跟随者;A股市场上涉及量子技术的相关上市公司,如零七股份、三普药业及三维通信等值得关注。

零七股份(000007):目前世界上唯一销售量子计算机硬件的厂商——D-Wave的处理器电路是由金属铌制成,并可变成极低温的超导体。零七股份发布最新公告称,其股东大会同意全资子公司广众投资的全资子公司香港港众投资,以1200万美元受让中非资源持有的马达加斯加中非资源100%的股权;股权转让完成后,公司将间接持有马达加斯加中非资源100%的股份及权益。通过此次股权收购,公司将进入钽铌矿产品采选业务领域。未来一旦量子技术扩大应用,则对铌上市公司无疑将构成重大利好。

三普药业(600869):2012年6月2日,在由中国电力企业联合会主持召开的“远东复合技术有限公司纤维增强树脂基复合材料芯棒及碳纤维复合芯导线”技术鉴定会上,公司通过了“碳纤维增强树脂基复合材料芯棒”和“JLRX1/F1B-450/50-260纤维增强树脂基复合芯软型铝线绞线”两种新产品的技术鉴定,远东复合技术有限公司成为国内首家通过“纤维增强树脂基复合芯”以及“碳纤维复合芯导线”鉴定的电缆企业,这奠定了公司在碳纤维复合芯导线技术领域的领军地位。公司电缆产业拥有较强大的研发能力,拥有国家级企业技术中心、江苏省架空导线与电力电缆工程技术研究中心、江苏省新型特种导线工程技术研究中心,在超导研究上实力突出。

三维通信(002115):公司主营无线网络优化覆盖设备生产和销售,为移动通信运营商提供无线网络优化解决方案服务,成功获得包括北京地铁五号线、青藏铁路昆仑山隧道、上海东海大桥等多个重点项目网络优化覆盖工程。公司的RRU等新一代数字化覆盖产品开发取得重大进展,这为后续市场拓展及3G应用奠定了产品基础;同时,塔顶放大器、双工器等产品开发完成并得到应用。据悉,量子计算对通讯行业的带动作用十分明显,公司也是量子研究获得诺贝尔奖之时市场曾最青睐的品种。

谷歌、NASA合购量子计算机

计算机已经在全球范围大规模普及,成为普通民众日常生活中惯用的一个家庭电器。但量子计算机却仍是个新鲜事物。据英国《每日邮报》报道,谷歌公司和美国国家航空航天局(NASA)合作,购买了全球仅有的第二台商业市场上的量子计算机,打算使用这个计算机寻找解决气候变化、人类疾病、机器人智能化等方面的问题。

 

据悉,全球商业市场上目前一共有两个量子计算机,均由加拿大“DWave”公司研制。首台量子计算机“D-Wave一号”2011年5月问世,随后被美国洛克希德—马丁公司购走,用于解决公司面对的技术问题。

 

谷歌公司和NASA购买的是“D-Wave二号”。该量子计算机将被安置于NASA位于加利福尼亚州艾姆斯研究中心的全新量子人工智能实验室内。据报道,谷歌和NASA试图挖掘这台计算机的全部潜力,寻找解决全球变暖、人类疾病、机器人解读人类语音信息等方面问题的途径。

 

与一般家用计算机配备32比特或 64比特处理器不同, “DWave”量子计算机凭借一个128位的量子比特处理器运行。其运行程序、处理数据的速度比普通计算机至少快3600倍。普通计算机需要进行数年的运算,量子计算机可能只需要几秒钟。

 

据《每日邮报》报道,哈佛大学一群研究人员曾在去年8月,借助“D-Wave一号”量子计算机成功解决了最大的蛋白质折叠问题。

 

对谷歌公司而言,使用量子计算机能够让其研发的自动驾驶汽车在反应速度和运行速度上有大幅提升,同时在研发“谷歌眼镜”相关技术方面也大有好处。

Google购买了一台D-Wave量子计算机

来自外站消息,日前谷歌联手NASA,买入全球第二台,名为第二代D-Wave的超高速量子计算机。据悉,这台量子计算机运行速度是普通计算机的3600倍。谷歌和NASA,这两个领域的巨头,希望通过第二代D-Wave研发治疗疾病的办法、解决气候问题以及帮助机器人更好地理解人类语言。

据外站报道,第一代D-Wave最初于2011年5月由加拿大公司D-WaveBurnaby分公司推出,并由亚马逊创始人JeffBezos提供财政支持。当年,第一代D-Wave被知名防务集团LockheedMartin购入,用作解决更有挑战性的计算问题。然而,第二代D-Wave被NASA和谷歌联手购入,期望起到的作用就不仅仅解决高难度计算问题那么“简单”了。第二代D-Wave运行128量子位处理器,与其不同的是,普通的数字计算机则是通过比特传递信息、执行任务。所以,相比之下,家用PC一般运行的是32比特或64比特处理器。

这就意味着普通PC无法像这台高速量子计算机一样,能够以较快的速度完成单一任务或是在同时完成多个任务时比普通的PC更有效、更快速。简单来说,第二代D-Wave的工作模式与人脑工作模式十分类似,但不会像人类一样出错。因此,谷歌和NASA预计通过这台量子计算机完成许多复杂的任务,而这些任务恰恰是普通计算机无法解决的。其中就包括了研发疾病治疗的方法、处理气候变化给地球带来的问题、研制更先进的声控科技等等。

量子计算机终于比普通电脑快上了那么一点点?

Amherst College的计算机科学家进行了一次量子计算机,与普通电脑之间的较量。让人欣慰的是,量子计算机胜出了。不过别高兴太早,胜利并不是那么乐观。

实验室用的量子计算机名为D-Wave Two,包裹里439个量子位。第一代D-Wave诞生于2011年,总价值一千万美金,含有128个量子位。许多物理学家和计算机科学家都不承认这是真的量子计算机。直到去年,同业研究探索了D-Wave的内部运行机制,为其正名后,批评与猜疑才如潮水般退去。

新的研究,证明了D-Wave Two的量子属性,与此同时,它听起来并没有那么神奇。我们老以为量子计算机一出来就要改变世界,可是技术尚不能满足各位的预想。D-Wave使用量子退火法解决优化问题,不过仅仅是优化问题。一台真正的量子计算机,必须使用量子纠缠。

量子计算机终于比普通电脑快上了那么一点点
冷却器与芯片

煎蛋不时会出现有关量子科学的文章,相信老的蛋友对此话题已经很熟悉。现在的技术不允许我们管理两个以上纠缠的量子位。但是量子退火法可以通过低质量的量子位展现。这也是D-Wave能够管理439个量子位的技术关键,不过D-Wave的芯片仍然需要被冷却到解决绝对零度的温度(0.02K, -273.13C),即便在这样的条件下,量子位(循环的铌)依然是变幻无常的,每一个计算都需要进行上千次,确保其精确性。就算折腾了很多,最后结果也不一定就是最优的那个。

用来实验的两台电脑,一台是D-Wave量子计算机,另一台是搭载Intel Xeon E5-2690 CPU的普通电脑(运行Ubuntu Linux 12.04)。PK包含了三个NP困难测试,其中的一项就是旅行推销员问题,计算过程非常艰难,理论上量子计算机应该擅长此项活动。

结果表明,D-Wave的硬件异常强大,比普通的软件计算速度快4000倍,如果加上最新的芯片,计算速度会快上大约1000-倍。不过比较一下价格,就知道为什么原文会有这样一个标题。量子计算机的价格是竞争对手(那台小服务器)的6666倍。如果花上同样的价钱组装一台超级电脑,它也能够达到D-Wave的水准。不过说真的,量子计算机还是前途无限的。[燃烧的冰棒 via Extremetech]

量子计算机终于比普通电脑快上了那么一点点


rico 同学的译稿:

阿莫斯特学院的一位计算机科学家进行了一次量子计算机与普通电脑的速度对决,这在世界上还是首次。量子电脑赢了,开心吧?但它只赢了一点点,而且普通电脑要比它便宜6000倍。

参与测试的量子计算机名为D波2号(D-Wave Two),它内含439量子比特。D波公司在2011年推出了第一款民用量子计算机——D波1号,它含有128量子比特,价值一千万美金。D波公司遭到了很多量子科学家和计算机科学家如潮水般的抨击,科学家们认为D波计算机的量子比特并不是真正的量子。在过去的一年里,专家们对D波1号的内部运行机制进行了研究,批评声这才慢慢消退。

阿莫斯特学院的Catherine McGeoch的新研究一定程度上证明了D波2号确实运用了量子技术。但与此同时,她的研究表明D波2号并没法像大家预期那样,以一台多功能量子计算机的姿态颠覆科学界。D波公司的量子计算机采用了量子退火反演技术(一种量子隔热算法)来解决优化问题——说实话,它也只能解决优化问题。而要想成为一台真正的量子计算机,它必须使用量子纠缠技术才行。

你可能也知道,量子纠缠技术对条件要求之苛刻简直令人发指。目前我们的技术水平只够让一两个量子比特相互纠缠几微秒。而量子退火技术只要用质量更差、噪声更多的量子比特就能实现了。D波公司正是利用了这一点,才成功在一间普通办公室(非实验室环境)搭建了一个由439量子比特组成的系统。不过,D波公司的量子比特芯片需要在接近绝对零度(-273.13摄氏度)的环境下运行。而且这些量子比特(由铌环组成)们由于受到外界电磁辐射干扰,它们的状态很不稳定,每次运算必须得重复验算1000次来保证结果的准确。即便如此,这样得到的演算结果仍然不一定是最优的(虽然一般都是)。

在量子vs普通计算机竞速大赛上,科学家把三个NP(非确定性多项式)难题分发给了多个系统:纯硬件,硬软件混合体,以及纯软件。纯硬件是D波2号计算机,它具有一个Vesuvius 5芯片(439量子比特);硬软件混合体是Blackbox系统,它采用Vesuvius 5芯片和软件的混合体进行运算。软件则是在一台因特尔Xeon E5-2690 CPU电脑(操作系统是Ubuntu Linux 12.04)上运行的三个计算软件 ——CPLEX, METSlib Tabu和Akmaxsat。

NP优化难题的经典例子就是旅行推销员问题:假设一个推销员需要从香港出发,经过广州,北京,上海,…,等 n 个城市, 最后返回香港。 任意两个城市之间都有飞机直达,但票价不等。假设公司只给报销 C 元钱,问是否存在一个行程安排,使得他能遍历所有城市,而且总的路费小于 C?电脑必须在这些城市路线之间找到花费最小的路线。这种计算对电脑来说通常很困难,但从理论上说,量子计算机应该能更快地解决此类问题。

结果表明,当我们让纯硬件解决NP难题时,D波系统大概比普通电脑快了4000倍。在硬软件结合的情况下,Blackbox系统会把问题化整为零,让Vesuvius芯片能够理解。它的计算速度与普通的计算软件相比,只能持平或略好。科学家也对D波公司最新的芯片Vesuvius 6进行了简单测试,发现它会比软件快大概10000倍。

这样的结果带来了更多的新疑问。我们仍然不确定D波芯片的工作原理,不知道我们是否已经让它物尽其用。我们也不知道,和模拟量子退货计算的软件比起来,D波芯片是不是真有优势——或许软件和硬件的速度其实差不多。最后,我们必须牢记,这些软件运行的电脑价值1500美元,而D波2号大概值一千万美元,比普通电脑贵了6666倍。有一千万美元的话,你不如去组装一台超级电脑,它不仅能比D波2号算得更快,而且还能运行普通软件呢。

量子计算机表现不凡

人们企盼已久的量子计算机有可能能把当今最厉害的超级计算机远远甩在身后,可是,给它下定义却几乎跟制造它一样困难。不过,现在看来,至少是就一些特定用途而言,D-Wave系统公司(D-Wave Systems)打造的一台非凡的计算机的确是速度非常快。

下周,阿默斯特学院(Amherst College)的一名教授将发表她对D-Wave计算机表现的评估。制造者称,这台机器利用了量子物理学中的非凡特性,即粒子可以同时往两个相反的方向运动。

前述教授名为凯瑟琳·C·麦吉奥赫(Catherine C. McGeoch),是阿默斯特学院技术与社会研究的拜策尔教授,她对D-Wave计算机进行了所谓的优化问题测试,并将结果与一台高性能计算机运行常用IBM软件所得结果进行了比较。

她表示,D-Wave机器的速度是常规系统的3600倍。

麦吉奥赫说,“绝不能说这就是量子计算的确凿证据。我更感兴趣的是它的工作表现,而不是它算不算量子计算机。”

不过,对其他一些业内人士而言,这一问题至关重要。尽管量子特性是物理学中得到最多检验和证明的领域之一,但它背后的观念却让人们难以接受此类特性。这些观念包括,我们居住的宇宙只是许多宇宙当中的一个,没有直接接触的物体也可以互相影响,如此等等。

20多年前就有人提出了利用这些特性来进行计算的可能性,事实却证明这一点困难重重。

通常来说,优化问题类似于一名旅行推销员如何最高效地计划一次复杂旅行的问题。麦吉奥赫测试了三个涉及优化的问题。在其中两个问题上,D-Wave电脑只是稍微快了一点。在第三个问题上,它表现出了显著的速度优势。

D-Wave公司曾是《纽约时报》三月份一篇报道的主题,该公司一直受到批评,原因是它就自身的量子能力作了一些无法证实的声明。

然而,随着时间的推移,D-Wave的表现已经改善,怀疑者们也软化了批评的语调。尽管如此,D-Wave对这个问题依然很敏感,即便已经向洛克希德·马丁(Lockheed Martin)售出了一台可用于工作的电脑,它还是急于反驳批评。

麦吉奥赫已经花费了超过25年的时间来从事电脑测速,她在休假期间进行了实验,并被D-Wave聘请来进行测试。

D-Wave解决优化问题的方法是把问题置于能源消耗的背景之下:达到规定结果所需的最低功率即是答案,据D-Wave所说,利用量子程序,他们很快就实现了这一点。D-Wave认为,电脑运算的许多问题都可以转化为优化问题,而其电脑可以配合云计算系统来处理特别棘手的问题。

麦吉奥赫称,D-Wave的芯片表现出色,随着其电脑变得更加强大,接到的优化问题变得更加复杂,它的芯片将来还可能有更好的表现。

“可能会出现一个转折点,”她说。“如果这些问题变得足够大,传统的系统就会死机。理论上,你可以解决大量的优化问题。而按照传统的方法,人们不知道如何在不损失大量效率的条件下做到这一点。”

商业化量子计算机对PC产生威胁

商业量子计算机有史以来首次与普通个人电脑展开了竞争,而这些量子计算机的强大功能令普通PC望尘莫及。

位于加拿大东部本拿比市的D波公司2011年开始销售量子计算机,当时一些评论人士对该公司的芯片是否能驾驭量子计算机强大的功能产生怀疑。这主要是因为该公司采用的是一种叫“绝热量子计算”的非主流方法。

量子字节也叫量子位,与传统字节不同的是,它可以同时获得0和1的值,从理论上讲可以提供比普通计算机快得多的运算速度。要想获得真正的量子计算,就需要利用量子互相纠缠的特性,将量子字节连接在一起。而在量子计算的情况下,这种纠缠的特性是无法测量的。但今年3月,D波公司在对其产品进行的两次独立实验中发现了这种特性的间接证据。

目前,D波公司顾问、马萨诸塞州阿莫斯特学院的凯瑟琳·麦吉奥赫考察了该公司的计算机,并且证实它可以超越普通的PC。D波的量子计算机在设计上专门用于解决最优化问题:通过选择变量值,利用一个复杂的方程,求得最小值。这听上去很晦涩难懂,但这类问题在图像识别和机器认知等实际应用中却非常普遍。

麦吉奥赫与加拿大西蒙·弗雷泽大学的王聪(音)利用一台D波2型计算机解决了一项问题,这台计算机由于有超导铌线圈,所以拥有439个量子字节。两人还使用拥有3项顶尖算术技术的高端台式计算机来解决同样的问题。结果,D波2型计算机的运算速度大约是这种顶尖传统算术计算方法的3600倍。

麦吉奥赫给每台计算机半秒钟时间,要它们找到解决最优化问题的最佳方法,并且尝试了100种不同的最优化问题。接着她又试验了更多的变量和更加复杂的方程。结果她发现D波公司的计算机每次都能在半秒内找到解决问题的最佳方法。

科学家用激光实现对量子比特多种操纵

据物理学家组织网5月1日报道,最近,加利福尼亚大学圣芭芭拉分校(UCSB)研究人员开发出一种技术,只用激光就能对量子比特初始化,并实现了多种操纵、读取电子自旋态等。这种方法不仅比传统方法更能实现统一控制,而且功能更多样,为探索新型固态量子系统打开了大门。相关论文发表在最新版的美国《国家科学院学报》上。

虽然实验用的量子比特是钻石中的瑕疵——氮晶格空位(NV)中心,但新技术能在更广泛的材料中操作。UCSB自旋电子学与量子计算机中心主管、物理学教授戴维·奥斯盖勒姆说:“与传统技术不同,我们开发的是一种利用激光脉冲在半导体内控制单个量子比特的全光策略。这将带来一个好机会,让人们有望用光子芯片处理和交流量子信息。”

传统方法是利用微波场和钻石瑕疵的特殊属性来操作,尽管NV中心是一种很有前景的量子比特,过去十年来一直被广泛研究,但要用工业或生长的方法造出所需钻石却是极大的挑战。全光控制让人们能更多样地操纵NV中心,这和传统方法完全不同,还能用其他材料来研究量子系统,制造这些材料的技术也更加成熟。UCSB物理学研究生鲍勃·巴克尔说:“这些技术将来会更普及,还可用于未曾探索过的量子系统。”

NV中心是钻石原子结构上的一种瑕疵,钻石晶格中一个碳原子被一个氮原子取代,使其附近空缺出一个晶格空位,围绕氮原子旋转的自旋电子就变成一个量子比特,即量子计算机的基本单位。传统技术要先把这一量子比特初始化,成为具有界限清晰的能量态,然后才能与其对接。传统计算机的基本信息单位是比特,要么是0要么是1;而量子比特可以同时是0和1,或者同时处于任何两个数学叠加位,允许研究人员进行更复杂的操作。

“最初我们是想找到一种方法,只需一步就把量子比特放在其状态中任何可能的叠加位。”论文第一作者、物理学研究生克里斯托弗·耶尔说,“结果我们只需调整与自旋电子相互作用的激光就实现了这一点,而且我们能产生自旋态的相干旋转,并读出电子的相对自旋状态。”

此外,全光方法还有升级的潜力。物理学研究生戴维·克里斯托指出:“假如你有一排按顺序排列的这种量子比特,当用传统的微波场方法时,很难在与其中任一个‘交谈’时不影响其他比特。理论上,在一个理想的光学系统中,新技术能把光线集中到单个量子比特上,只跟它‘交谈’。”

研究小组认为,虽然开发出实际的量子计算机还要再等几年,但新研究为这一最终目标开辟了新路径。量子计算设备能执行某些精密计算和复杂功能,比现有计算机效率高得多,将推动诸多领域进一步发展,如量子加密和量子模拟。