科学家检测首台商用量子计算机速度

量子计算机速度

  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。

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。

  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?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3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。研究人员检验了一台新版的“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。”