D-Wave量子计算机,多项基础技术出自日本

【日经BP社报道】D-Wave的量子计算机如果离开了日本的研究和发明,则无法实现,D-Wave Systems自己也承认这一点。下面,本文就为大家介绍一下D-Wave的基础理论和器件的发明者。

量子退火
量子退火是东京工业大学西森研究室的门胁(图1)在1998年用英文发表的博士论文中提出的概念。
门胁说:“我完全没有想到自己的博士论文会在十几年后成为热门话题。”
2001年,麻省理工学院(MIT)的研究者参考西森教授和门胁的论文,发表了“隔热量子计算”理论,“其内容与量子退火基本相同,引发了极大关注”(西森教授)。

据西森教授介绍,最开始的时候,D-Wave的量子计算机被称为“隔热量子计算机”。但是,“因为发现了量子退火的研究在前,D-Wave Systems现在也被称为量子退火”。

利用超导电路形成量子位

D-Wave量子计算机使用的利用超导电路形成的量子位是由当时在NEC研究所任职的蔡兆申(图2)和中村泰信(图3)于1999年在全世界率先实现的。现在在日本理化学研究所任职的蔡兆申说:“D-Wave的量子位与我们开发的量子位是同一个原理。”

图2:蔡兆申
日本理化学研究所单量子操作研究组组长
在1999年任职于NEC时,蔡兆申与中村泰信合作,在全世界率先实现了超导量子位 图3:中村泰信
东京大学尖端科学技术研究中心教授
量子力学现象原本只发生在原子内部微观世界。而蔡兆申与中村开发的量子位利用规模远远大于原子的超导电路,实现了“量子叠加”这种量子力学现象,从这一点来说,这项技术具有划时代的意义。

现在担任东京大学教授的中村表示,“D-Wave原本是一家思考能否把超导电路运用于业务的企业。我在NEC的时候,曾经与他们进行过多次讨论”。由此可见,NEC对D-Wave有着巨大的影响。

量子通量参变器

在D-Wave量子计算机中,负责放大量子位信号的是超导电路“量子通量参变器(QFP)”。QFP是2005年逝世的东京大学教授后藤英一在1991年发明的。

1990年代,后藤教授出版了多本介绍QFP的英文书籍。D-Wave的希尔顿曾说过:“我们从后藤的著作中学习知识,开发出了超导电路。”

图4:原田丰
日本国士馆大学理工学研究所教授
曾跟随已经去世的后藤英一博士(东京大学教授)的研究组(东京大学与日立制作所的合作研究)和东京大学后藤研究室开发量子通量参变器的原田丰(当时任职于日立制作所)、细谷睦(图5),须田礼仁(图6)
QFP诞生于东京大学与日立制作所的合作研究项目。日立一方的成员原田丰(图4)说:“我们曾想使用超导电路开发超级计算机的处理器。”

当时,大型机(Mainframe)使用的双极处理器的性能已经提升到极致,而被视为新一代处理器的CMOS处理器的性能则迟迟没有进步。作为替代二者的新选择,超导电路QFP被寄予厚望。然而,在那以后,随着CMOS的性能不断提高,QFP没能在处理器领域崭露头角。

细谷睦(图5)与须田礼仁(图6)曾作为东京大学后藤研究室的学生参与了QFP的开发。回顾当时,细谷表示,“后藤老师与其说是大学教授,其实更像是一位发明家”。后藤教授在1954年发明了日本自主开发的逻辑元件“参变器”。NEC与日立最初开发的计算机使用的逻辑元件并不是晶体管,而是参变器。不只是量子计算机,后藤教授还是日本计算机产业的缔造者。

后藤教授在东大的关门弟子须田说:“1980年代后期,后藤老师等许多研究者都打算跳出CMOS的局限,创造新思路的处理器。D-Wave或许称得上是令当时的尝试复活的壮举。”(记者:中田 敦,《日经计算机》)

图5:细谷睦
日立制作所横滨研究所主管研究员 图6:须田礼仁
东京大学信息理工学系研究科副研究科长教授