D-Wave即将发布全球最强量子计算机

D-WAVE SYSTEMS INC.

量子计算机的领头公司D-Wave预计将在2023或2024年发布下一代量子计算机系统Advantage2的正式版。今年六月，D-Wave已经在Leap量子云系统上发布了Advantage2的原型机。D-Wave称，届时7000量子比特计算机将成为世界上功能最强大的量子计算机。

量子计算机与传统计算机有很大不同。传统计算机打开晶体管表示数值1，关闭晶体管表示数值0，这是两种互斥状态。但是量子计算机可以同时表示0和1两个数值。这是由于量子物理的特性，每个量子比特会存在一种叠加状态。在这种状态下，每个量子比特的本质是1又是0，所以每个量子比特可以一次性进行两次计算。量子比特纠缠得越多，量子计算机的能力就越强。

建立量子计算机的标准方法，称为门模型（gate model），涉及在电路中排列量子比特，并使它们以固定顺序相互作用。相比之下，位于加拿大不列颠哥伦比亚省的本拿比D-Wave公司长期以来一直专注于所谓的退火量子计算机（annealing quantum computers）。这些机器通过缓慢冷却找到最低能量状态，就像金属和晶体有时被回火以最小化缺陷一样。然后，量子退火机从一组量子比特开始，这些量子比特在其最低能量状态（称为基态）的相互作用代表了研究人员编程要解决的特定问题的正确答案。

实验物理学家、D-Wave量子退火产品负责人Emile Hoskinson说：“退火量子计算机通常应用于解决优化问题。退火量子计算机可以从所有可能的情况中找到最佳解决方案，例如绘制出从A点到B点的最快路线。”

例如，想象一下，以在室外空间寻找最低点为例，传统的计算机可能会在表面上找一个随机点，然后以这个点为基准，四处寻找比这个点更低的点，直到再也找不到更低的点为止。但是通过这种方法，计算机找到的通常只是局部最小值。而退火量子计算机可以在表面上同时找很多个点，以这些作为基准，减少结果出现局部最小值的几率。

成立于1999年的D-Wave自称是世界上第一家量子计算机的商业供应商。该公司一直备受争议，多年来，许多批评人士质疑其机器是否比普通电脑更强大。

尽管如此，多年来，D-Wave一直在客户群中占有一席之地。2011年，它向洛克希德·马丁公司出售了其第一个量子计算系统128-qubit D-Wave One，并将其512-qubit D-Wave Two交付给2013年与谷歌和大学空间研究协会合作推出的美国宇航局量子人工智能实验室。

Hoskinson说，当D-Wave的Advantage2明年或后年上线时，它将成为世界上功能最强大的退火量子计算机。现在，该公司正在发布Advantage2的一个实验原型，该原型具有全尺寸产品的所有核心功能，可供测试。

Hoskinson说：“我们拥有广泛的企业客户，如大众、Save on Foods、Denso、丰田、BBVA、NEC、埃森哲和洛克希德·马丁公司，在资源调度、移动性、物流、药物开发、投资组合优化、制造过程等多个领域建立了数百个早期量子应用程序。我们希望Advantage2可以用于解决更复杂的问题。当我们谈论解决更广泛的问题时，我们的意思是改进的技术可以解决更大、更复杂的问题，并且覆盖不同垂直领域更广泛的用例。它将解决与以前相同的问题，但却更好更快。”

该原型拥有500多个超导通量量子位。量子比特的新设计实现了D-Wave所称的Zephyrtopology，它支持20路量子比特间的连接，而该公司上一代只有15路。

Hoskinson说：“用一个类比来说明连接的重要性是一个社会网络，在这个网络中，影响和交互的复杂性随着节点之间连接的数量而增加。复杂性可以表示问题的大小，例如变量的数量、约束等。如果特定业务由于业务需求（如更改时间表、供应链依赖性等）需要快速解决，那么这会使问题更加复杂。我们看到了Advantage2在此种情况下的优势，解决了这两种类型的复杂用例。”

新的量子比特设计还支持更高的能量标度，这使得量子比特不易受到热波动的破坏。这反过来又降低了量子计算中的错误率。

该公司指出，在测试中，当原型的量子位按其标准的“本机”拓扑结构排列时，与Advantage相比，它在高达89%的情况下找到了更好的解决方案。当涉及到需要更大的量子比特连接的问题时，多个量子比特可以通过一种称为嵌入的策略连接在一起，Advantage2更大的量子比特连接使原型在高达82%的此类问题中找到了比Advantage更好的质量解决方案。

“许多商业上有趣的问题需要嵌入，”Hoskinson说，“有了新的Advantage2 Zephyr拓扑结构和更大的能量规模，我们看到了本地和嵌入式问题的性能改进。”

Hoskinson表示，“D-Wave最初并不打算公开其原型，但鉴于早期的积极成果，我们希望现在将其交给开发者和研究人员进行探索和学习。从而在我们迈向最终的全面Advantage2量子计算机的过程中，最大限度地提高商业应用程序的性能。”