利用量子计算解决北京交通问题的D-Wave,又要有大动作了!

有一家公司早在7年前就开始销售特定类型的量子计算机,那就是加拿大 D-Wave 公司。这家公司仍然致力于一设计出一种通用计算机,可以处理现在计算机能力之外的任务。

在 1 月 29 日的EmTech China峰会上,D-Wave 公司 CEO Vern Brownell 来到会议现场,分享了他对量子计算、量子计算机以及量子霸权的精彩观点。以下为整理后的演讲全文:

我来自D-Wave公司,我们已经建立了量子计算机,并为客户提供产品。我们现在面临的问题是关于计算的,特别是在机器学习领域、优化及指标的选择方面。我们的目标是生产具有超级运算能力的计算机。目前的系统非常可靠而且也能够充当一部分数据中心的功能,但是一般来说是很难去充当客户的数据中心的,但是量子计算机具有这样的能力。

我们的项目还包括和算法、软件相关的实验。我们的商业模式是出售量子计算机等产品,同时出售一些在网站上可以使用的服务,比如说计算能力和分析能力。

基本上来说,量子计算机是一种利用量子物理效应的计算机。1982年的时候我们提出量子计算机的预想,希望可以充分使用这种效应。

我们会使用一些原理,首先是量子叠加,多个粒子进行叠加,而这些微小粒子,是量子计算机的基本组成部分,也是非常重要的组成部分。其次是量子纠缠,指的是两个量子态的物理物体相互产生影响,这对于量子计算系统是非常重要的。最后是量子隧穿,是指粒子可以直接像穿梭隧道一样穿过能量阻隔。不管现在还是将来,这三个量子效应对于打造量子计算机都是非常重要的。

那如何打造量子计算机呢?我们已经提出了一些方法。

首先第一种方法是Gate Model。我们的数字计算机有很多的逻辑门,可以把这些量子效应放在其中,比如说IBM是第一个将自己的量子计算系统上传到云端的公司,随后谷歌也做出了非常大的努力,虽然他们还没有实现自己的目标,但是他们总是会实现的。

但是Gate Model需要进行大量地纠错,对于一般的逻辑立方体,可能需要几千甚至几万个立方体来打造真正的计算机。刚才已经提到了未来量子计算机的前景,我们也希望可以拓展我们的量子计算机,甚至可以拓展到几百万个立方体,这样就可以做非常有用的计算了。

另外一个方法是微软使用的方法,这是一个非常有趣的方法,因为它可以不进行任何纠错。理论上来说,它可以用更少量子比特来处理问题。微软现在正在使用一种外来准粒子叫马约拉纳粒子(Majorana particle)来打造超强的计算能力,现在微软还没有制造出足够多这样的量子比特。

所以说我们还需要花费许多的努力,可能在接下来的几年,这样的量子计算机会成为非常强大的一种技术。

2004年D-Wave选择了另外一种方法——量子融合,它可以找到一种低能耗的配置,同时使用量子隧穿的方法。这种方法可以防错,并且可以用来解决很多商业问题。现在我们的产品还不是一种普适性的量子计算机,但是量子融合的方式可以量子计算机更加地普适,更具有商业化的价值。

下面我们简单地说一下我们的量子计算。我们可以把它比喻为3D图解,我们想要解决的问题是,如何在3D场景里面找到最低的一个点或者是一个问题的最佳解决方案。D-Wave量子计算可以使用一个公式来找到解决方案。一般来说,利用传统的一些算法找到这个最小的值是非常困难的,因为这需要在整个3D的场景里面走一遍才能找到,但是如果使用我们的量子计算,就可以非常迅速的找到最终答案。

我们的D-Wave的量子计算机有一个冷却器。整个量子计算机运算的温度非常的低,几乎已经达到了绝对0度,甚至比外太空还要冷,而且它必须是真空的,同时需要附加一个电磁隔离。可能未来200年或者更长的时间之后,人才可以在量子计算机周围走动。

量子芯片上面采用超导体构建,它们构成了超导芯片。我们使用的是自己专利的技术打造芯片,这是世界上最先进的量子处理器。它可以达到2000乃至4000个量子比特的等级。

我们的量子比特基本上是一圈一圈的立方体。可以使用量子计算机解决很多困难的问题。除此之外超导体芯片本身的能耗也比较低,这样的芯片在未来可以很大程度上减少能源的消耗,它的运算能力更强,而且发热量也会越来越低。

我们的量子优势或者说量子霸权存在哪些问题呢?我不是很喜欢霸权这样的词。实际上我们现在比较接近量子优势了。

有一些人比较怀疑D-Wave公司,他们希望看看传统的算法是不是可以比D-Wave的量子计算机更快的解决问题。但其实D-Wave的量子计算机是世界上最先进的量子计算机。他们最后会发现,我们的量子计算机的运算速度要比传统计算快2000倍。

D-Wave有可能是第一个展示出量子优势的公司。我们希望给客户提供真正的服务。我们的最新产品将会在未来的几个月内正式发布,我们也将在真实产品的应用中展示我们的量子优势。

而量子计算机的应用涉及各行各业,其中也包括机器学习、材料科学、网络安全、错误探测。

再举个简单地例子,我们和大众进行合作,希望可以减轻北京的交通压力。我们使用了量子算法来计算在北京的418辆出租车的交通流向,只用了22秒,并且找到了最好的方法来缓解北京的出租车的交通阻塞问题。

那么我们在量子计算机方面已经发展到什么阶段了呢?

图片上显示的横轴是时间,纵轴是计算性能,我们发表了很多论文证明我们已经超过了图中绿线的水平,接下来几个月发布的新的产品,将会在性能方面有所提升,我们也正在不断地提升自己的系统,并且和消费者进行合作,向其提供更多的服务和产品。

随着整个量子运算的能力越来越高,在未来量子计算使用起来也会更加方便。上图是我们自2004年以后所取得的一些进步,可以看到Gate Model(红色的线)的增长率比较低,D-Wave一开始也是一个Gate Model量子计算机的方式,后来我们决定放弃这种方式,开始使用量子退火的方式,可以看到增长的速度非常快。我们在这个领域已经超过20年,也一直在见证当前量子计算的发展。

现在有很多量子计算机供应商,不过我们相信D-Wave已经处于量子计算的前沿阵地。量子计算在未来将会是一个必要的计算工具,它可能不会替代传统的计算资源,但它会成为我们传统计算的辅助工具。

D-Wave也是目前唯一可以提供商用的量子计算机的公司,如果大家想要把量子计算机放到自己的数据库,那么我们可以给大家提供这样的服务,而且,我们现在有很好的理论,但实际上使用这些理论是非常困难的,想要大规模应用量子计算来解决困难的问题还需要几年的时间,我们也正在不断的进步,相信我们的技术是促进量子计算机商用化的最佳捷径。

相信量子计算将是一个非常令人兴奋的领域!

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