智東西（公眾號：zhidxcom）
編譯 | 夏舍予
編輯 | 徐珊
智東西7月11日消息，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年發布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量子云系統上發布了Advantage2的原型機。
Advantage2系統是D-Wave的第六代量子計算機系統，其量子比特連接數從Advantage1的15個增加到了20個，D-Wave將這種20個量子比特的拓撲命名為Zephyr拓撲（Zephyrtopology）。
D-Wave此次發布的Advantage2原型機有500多個量子比特，而即將發布的正式版有7000個量子比特。D-Wave稱，屆時7000量子比特計算機將成為世界上功能最強大的量子計算機。
▲D-Wave此前發布過的退火量子計算機
一、一次運行兩次計算，量子計算機數據計算量更大
D-Wave的Advantage2屬于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比特以固定的順序相互作用，而退火量子計算機電路中的量子比特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。傳統計算機打開晶體管表示數值1，關閉晶體管表示數值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。這是由于量子物理的特性，每個量子比特會存在一種疊加狀態。在這種狀態下，每個量子比特的本質是1又是0，所以每個量子比特可以一次性進行兩次計算。量子比特糾纏得越多，量子計算機的能力就越強。
▲D-Wave的Leap云系統
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于解決優化問題。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，例如繪制出從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，然后以這個點為基準，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。但是通過這種方法，計算機找到的通常只是局部最小值。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，減少結果出現局部最小值的幾率。
▲D-Wave的CEO：Vern Brownell
三、Advantage2連接數更多，能夠處理更復雜優化問題
當采用Zephyr拓撲時，Advantage2系統的量子比特連接數是20個。
霍斯金森表示，在實驗中，Advantage2成功找到最佳解決方案的幾率是89%，比82%成功率的Advantage1表現更好。這是因為Advantage2的量子比特的連接性更強，多個量子比特可以通過一種被稱為嵌入（embedding）的策略連接在一起。
霍斯金森表示，量子比特之間的連接性非常重要，這就好比是一個社交網絡，網絡中節點之間的連接數量增加，其影響和互動的復雜性也會增加。
霍斯金森說：“復雜性可以體現在解決問題所需要的計算規模上，例如變量數量和約束條件等。復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復雜性。而Advantage2系統可以更好、更快地解決這類復雜問題的應用。”
除此之外，Advantage2系統可以支持更大的能量規模（energy?scale），這能減少熱波動對量子比特的干擾性，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復雜的商業問題。
▲Zephyr拓撲結構的剪影
四、低噪音工藝加持，Advantage2性能大幅提升
霍斯金森說，D-Wave正在研發一種新的低噪聲、多層超導集成電路制造工藝，這種工藝在提高Advantage2的性能和提升量子比特連接性方面具有顯著效果。
霍斯金森說：“雖然Advantage2原型機采用的是我們現在的堆棧（fabrication?stack），但最終的Advantage2正式版系統將采用全新的低噪音堆棧。我們對新堆棧的早期實驗結果顯示，與舊堆棧相比，新堆棧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，旨在與用戶分享D-Wave正在學習的知識以及從用戶社區中獲得使用反饋，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將證明連接性和低噪聲將可以顯著提高量子計算機的性能。通過提供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。”
▲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公司于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，并與該公司建立了良好的合作。
2011年，航空航天制造商洛克希德·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量子比特的D-Wave1。2013年，NASA與谷歌合作的的量子人工智能實驗室購買了該公司的D-Wave?2。此后，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，它們已經在資源調度、物流、投資組合優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并未得到學界和工業界的完全認可。
直到2022年2月，這家公司宣布計劃將通過SPAC機制在紐約證券交易所上市。經過多年的耕耘后，D-Wave終于要迎來屬于自己的高光時刻。
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——解決優化問題的能力，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。
來源：IEEE Specturm
