D-Wave是真正的量子计算机吗？

　　最近，我得向一名读者解释为什么批评人士指称D-Wave的“量子计算机”并不是“真正的”量子计算机，他最后可能碍于我在这个领域的“权威”而接受了我的答案。然而，这个问题一直在我的脑海中挥之不去：如果它不是真的量子计算机，为什么D-Wave以此名号营销？为了追根究底，我向D-Wave Systems处理器开发副总裁Jeremy Hilton请教了这个问题：“为什么批评人士一直说你们的产品不是真的量子计算机呢？”

　　“量子运算的神圣目标在于打造一款‘通用’的量子计算机——不仅能够解决任何运算问题，而且其速度更超越当今最快的超级计算机，”Hilton表示，“这就是为什么有人说我们并非‘真正’开发出量子计算机的理由，因为D-Wave并不是一款‘通用的计算机’。”

　　D- Wave的量子计算机只能解决优化的问题，也就是那些能以线性等式表达的问题。这种线性等式中包含了许多变数，每一个变量都各有其加权值（相乘每一变量的倍数数值）。通常，用传统的“通用计算机”难以解决这种线性等式问题，必须利用多次反复为变量找到最佳数值组合。然而，利用D-Wave的特定应用量子电脑，可在一个单次周期中解决问题。

　　“我们认为，以特定应用的量子处理器作为起点，可说是实现通用量子计算机的最佳发展方式——它可望成为迈向神圣目标的利基点，”Hilton说：“而这就是D-Wave正在做的一切——我们正是利用量子位来优化问题。”

　　

　　D-Wave在硅基板上的的512超导铌量子位

　　D- Wave目前的量子处理器性能达到了512量子位，能够在单次机器周期中以512个（或少于512）变量解决优化的问题。为了解决基于量子位的最佳化问题，D-Wave采用一种称为“绝热”（adiabatic）的不同运算模式——即不至于发生热耗损或增益。相形之下，其他研究都致力于开发一款通用的量子计算机，量子位在量子计算机中以类似传统计算机的方式进行处理。

　　“绝热途径的目标在于保持量子位处于最低能量状态，即优化问题的开始与结束阶段，”Hilton说：“当变量的加权值输入量子位至激励状态，旋即迅速地放松至最低能量状态，从而揭露该变量的最佳值。”

　　

　　D-Wave 可在安装于超冷却载台上的每片晶圆上取得100颗量子计算机芯片

　　目前致力于打造通用量子计算机的研究人员受限于除错方法，他们利用数千个量子位，历经了所有的计算过程后，却仅能确保量子态的数值迭加维持正确作业。而透过绝热过程，Hilton宣称，你就不需要除错了，因为量子位会自然地放松至最低能量状态。

　　“量子位从激发到放松的过程，都不需要进行除错作业，”Hilton指出，“但采用通用量子计算机的传统闸极模式，你必须先除错才能顺利进行作业。”

　　量子计算机发展方向

　　加拿大Info-Tech Research Group资深经理暨基础架构分析师Mike Battista表示，“当我与D-Wave洽谈时，让我印象深刻的是他们都十分谦虚，尽管对于自家公司技术感到兴奋，却不至于过度承诺其发展潜力。”

　　Battista并指出，D-Wave的开创性进展还不只是在量子运算领域，该公司同时也以新的典范累积经验，例如超导体，它能够确保摩尔定律的持续进展。

　　

　　D-Wave处理器开发副总裁 Jeremy Hilton认为，极热状态下的512Qb的模块可利用10kW冷却器使温度极速冷却至至0.2 mK。

　　“其超导半导体还拥有执行量子运算以外的其他优势，例如不至于释放热量，”Battista说：“这项技术还具有呈指数级迅速升级的潜力，或许可在传统晶体管达到实体限制时，持续摩尔定律的下一个新典范。”

　　那 么，为什么批评人士指称这并不是“真正”的量子计算机呢？Battista不仅支持D-Wave的正确发展方向，还详细地说明理由：“我知道D-Wave 的硬件被混合地进行测试，也了解为什么大公司选择投资另一种方式。但如果有任何一丁点的可能性使其成为下一代基础技术，足以勾勒未来几十年的运算发展，那么这样的投资也算值得了。一开始先开发算法并发现可解决量子运算问题的公司，一旦在可行的硬件出现时，他们将会拥有巨大的优势。”

　　最新发展

　　D- Wave的首款设计可追溯到2007年，当时只使用了少数的量子位（16Qb），而且也无法扩充，不过使用的同样是目前所用的方式——在硅基板上加载极冷超导铌量子位。从那时起，Hilton及其研究人员们已经重新设计出一款可扩展至任意尺寸的架构，利用整合式的可编程磁组内存与处理器，取代早期设计所中由于扇出导致无法扩充的分离电极。

　　D-Ware从2009年首度向Google展示128Qb的新架构后，该公司已持 续升级至256Qb，接着是目前的512Qb，将33，000个超导Josephson接面（JJ）晶体管挤进一颗4x7mm的晶圆中。在这样的晶圆尺寸 下，D-Ware可取得100片8吋晶圆。

　　Hilton表示：“我们的用户基础持续扩展，他们正探索需要多少Qb量子位的 甜密点，以及试验其问题，包括NASA、Google、美国太空研究协会（USRA）与Lockheed Martin，以及能够透过终端机（例如南加大USC校园计算机）存取至NASA/Google/USRA机器的广大用户社群。”

　　D-Wave并提供自家接口工具，可为其计算机建立“量子机器码”，但也提供用于MatLab、C++ 和Python的API/编译程序。目前该公司可取得接近98-99%的稳定量子比特率，以及具有可实现自动冗余与恢复损坏量子位的模式。

　　根 据里昂证券（CLSA）分析师Ed Maguire Ed表示，研究人员们已经利用D-Wave的量子计算机开发出蛋白质分折、影像检测、视频压缩、情感分析等诸多应用了。Lockheed技术长Ray Johnson则表示，或许它还可以立即告诉你，如何透过卫星网络上执行几百条软件程序代码来因应太阳风暴或核爆脉冲——目前像这一类的计算在传统计算机上可 能得花好几周的时间。

　　D-Wave预计将在2015年稍晚发布下一代量子计算机，它将会采用ANSYS的工程仿真软件，进一步 降低磁真空，以避免量子位故障。D-Wave的新款量子计算机将具备完全可重配置与冗余能力，以取代“通用”量子计算机的除错作业。该公司还将致力更多先进 的算法与应用，以期解决现实世界的问题，例如编码量子位以仿真神经网络，从而加速拓展至深度学习与类似的人工智能（AI）等新领域。