7000量子位元!D-Wave即將釋出全球最強量子計算機

7000量子位元!D-Wave即將釋出全球最強量子計算機

智東西(公眾號:zhidxcom)

編譯 | 夏舍予

編輯 | 徐珊

智東西7月11日訊息,根據外媒IEEE Spectrum報道,量子計算機的領頭公司D-Wave預計將在2023或2024年釋出下一代量子計算機系統Advantage2的正式版。今年六月,D-Wave已經在Leap量子云系統上釋出了Advantage2的原型機。

Advantage2系統是D-Wave的第六代量子計算機系統,其量子位元連線數從Advantage1的15個增加到了20個,D-Wave將這種20個量子位元的拓撲命名為Zephyr拓撲(Zephyrtopology)。

D-Wave此次釋出的Advantage2原型機有500多個量子位元,而即將釋出的正式版有7000個量子位元。D-Wave稱,屆時7000量子位元計算機將成為世界上功能最強大的量子計算機。

7000量子位元!D-Wave即將釋出全球最強量子計算機

D-Wave此前釋出過的退火量子計算機

一、一次執行兩次計算,量子計算機資料計算量更大

D-Wave的Advantage2屬於退火量子計算機系統。

目前量子計算機的常見種類有兩種:門模型量子計算機(gate model quantum computers)和退火量子計算機(annealing quantum computers)。門模型量子計算機電路中的量子位元以固定的順序相互作用,而退火量子計算機電路中的量子位元卻是在基態中相互作用,基態就是量子計算機在緩慢冷卻過程中找到的最低能量狀態。

量子計算機與傳統計算機有很大不同。傳統計算機開啟電晶體表示數值1,關閉電晶體表示數值0,這是兩種互斥狀態。但是量子計算機可以同時表示0和1兩個數值。這是由於量子物理的特性,每個量子位元會存在一種疊加狀態。在這種狀態下,每個量子位元的本質是1又是0,所以每個量子位元可以一次性進行兩次計算。量子位元糾纏得越多,量子計算機的能力就越強。

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D-Wave的Leap雲系統

二、退火量機獨特優勢,尋找最優解

實驗物理學家兼D-Wave退火量子產品負責人埃米爾·霍斯金森(Emile Hoskinson)說:“退火量子計算機通常應用於解決最佳化問題。退火量子計算機可以從所有可能的情況中找到最佳解決方案,例如繪製出從A點到B點的最快路線。”

霍斯金森進一步解釋說,以在室外空間尋找最低點為例,傳統的計算機可能會在表面上找一個隨機點,然後以這個點為基準,四處尋找比這個點更低的點,直到再也找不到更低的點為止。但是透過這種方法,計算機找到的通常只是區域性最小值。而退火量子計算機可以在表面上同時找很多個點,以這些作為基準,減少結果出現區域性最小值的機率。

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D-Wave的CEO:Vern Brownell

三、Advantage2連線數更多,能夠處理更復雜最佳化問題

當採用Zephyr拓撲時,Advantage2系統的量子位元連線數是20個。

霍斯金森表示,在實驗中,Advantage2成功找到最佳解決方案的機率是89%,比82%成功率的Advantage1表現更好。這是因為Advantage2的量子位元的連線性更強,多個量子位元可以透過一種被稱為嵌入(embedding)的策略連線在一起。

霍斯金森表示,量子位元之間的連線性非常重要,這就好比是一個社交網路,網路中節點之間的連線數量增加,其影響和互動的複雜性也會增加。

霍斯金森說:“複雜性可以體現在解決問題所需要的計算規模上,例如變數數量和約束條件等。複雜性同樣可以體現在商業案例的應用上。如果企業改變了時間表或者供應鏈的計劃安排,又需要快速從所有可能的情況中找到最佳解決方案,這種情況會增加問題的複雜性。而Advantage2系統可以更好、更快地解決這類複雜問題的應用。”

除此之外,Advantage2系統可以支援更大的能量規模(energy scale),這能減少熱波動對量子位元的干擾性,提高了量子計算機的準確率。

隨著Advantage2的Zephyr拓撲結構和更大的能量規模,嵌入策略可以解決更多複雜的商業問題。

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Zephyr拓撲結構的剪影

四、低噪音工藝加持,Advantage2效能大幅提升

霍斯金森說,D-Wave正在研發一種新的低噪聲、多層超導積體電路製造工藝,這種工藝在提高Advantage2的效能和提升量子位元連線性方面具有顯著效果。

霍斯金森說:“雖然Advantage2原型機採用的是我們現在的堆疊(fabrication stack),但最終的Advantage2正式版系統將採用全新的低噪音堆疊。我們對新堆疊的早期實驗結果顯示,與舊堆疊相比,新堆疊的低頻通量噪聲降低了7倍,綜合通量噪聲降低了3倍,這將進一步幫助Advantage2提高系統性能。”

霍斯金森表示,他們打算開放Advantage2原型機的使用,旨在與使用者分享D-Wave正在學習的知識以及從使用者社群中獲得使用反饋,從而繼續構建完整的Advantage2系統。

霍斯金森進一步講道:“Advantage2是D-Wave全新設計的量子計算機系統,未來,隨著Advantage2系統的投入使用,D-Wave將證明連線性和低噪聲將可以顯著提高量子計算機的效能。透過提供Advantage2原型的商業化訪問,我們有機會為客戶帶來新量子應用體驗,窺見未來。”

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D-Wave即將推出新的Advantage2系統

五、大眾、NASA、谷歌等已成為D-Wave的量子計算機客戶

D-Wave公司於1999年成立,是世界上第一家量子計算機的商業供應商。外界對這家公司的評價褒貶不一,許多人一直懷疑其量子計算機是否真的比普通計算機功能更強大。但也有一些知名公司認可D-Wave的技術,並與該公司建立了良好的合作。

2011年,航空航天製造商洛克希德·馬丁公司(Lockheed Martin Space Systems Company)購買了D-Wave的第一個量子計算系統——128量子位元的D-Wave1。2013年,NASA與谷歌合作的的量子人工智慧實驗室購買了該公司的D-Wave 2。此後,南加州大學和洛斯阿拉莫斯國家實驗室等也成了該公司的客戶。

霍斯金森說:“我們有廣泛的客戶群體,例如大眾、豐田、埃森哲和洛克希德·馬丁公司,它們已經在資源排程、物流、投資組合最佳化等不同領域建立了數百個早期量子應用。”

結語:蟄伏23年終迎高光,D-Wave能否引領量子計算機領域?

自1999年起至今,D-Wave已經在量子計算機領域專注了23年。

D-Wave公司以其獨家的退火技術量子計算而聞名世界,但是外界對該公司的爭議不斷,D-Wave退火量子計算技術早期並未得到學界和工業界的完全認可。

直到2022年2月,這家公司宣佈計劃將透過SPAC機制在紐約證券交易所上市。經過多年的耕耘後,D-Wave終於要迎來屬於自己的高光時刻。

但是目前業界人士仍然對其退火量子計算機有所顧慮,其中最大的擔憂就是退火量子計算機的獨有優勢——解決最佳化問題的能力,是否會被其他通用型量子計算機所替代。這或許是D-Wave在量子計算機領域面臨的最大潛在威脅。

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