首臺商用量子電腦問世 速度跑不過傳統電腦

　　D-波公司生産的“D-波量子電腦”。

　　一直以來，量子電腦作為一種全新的、革命性電腦吸引了業內眾多專家的關注。自從加拿大D-波公司推出了第一台商用量子電腦後，圍繞該機器的爭議就沒斷過。最近，美國南加州大學洛杉磯分校和蘇黎世聯邦理工大學研究人員合作，對放在南加州大學的一台108量子比特的電腦進行了檢驗，卻發現它的速度並不比傳統電腦更快。相關論文發表在最近的《自然·物理學》雜誌上。

　　該機器的名字也叫“D-波”，D-波公司宣稱這是一台量子電腦，不管它是否真的利用量子效應來運作，都是業內專家們爭論的主題。該公司把它賣給了一些著名用戶，這也激起了科學團體、網路部落格和新聞記者的廣泛興趣。比如最早的機器在2011年賣給了美國軍火製造商洛克希德·馬丁公司，交給了南加州大學洛杉磯分校進行測試。去年，谷歌公司購買了第二台機器。由於“D-波”能通過搜索發現一個系統的最低能態，解決關於最優化方案的數學問題，這正是公司對它感興趣的原因。

　　只是模擬設備

　　在“D-波”中是用一個個超導線路來模擬量子或原子自旋，系統必須冷卻到接近絕對零度。自旋有“上”自旋、“下”自旋和“上下疊加”自旋。在“D-波”線路中，用電流方向來模擬自旋。

　　“D-波”是否真的在用量子效應運作？這還不是問題的全部，準確地説，它能不能被稱為電腦都受到質疑。還有人提出，它的計算速度是否比傳統電腦更快？為了回答這些問題，蘇黎世聯邦理工大學理論物理學院教授馬提亞·特羅亞和南加州大學洛杉磯分校的同事一起，對那裏的量子系統進行了測試。

　　經過測試，研究小組得出的結論是不能一概而論：一方面，他們證明了“D-波”確實是利用量子效應運作的；而另一方面，研究人員也説：“‘D-波’只是一個模擬設備，一台用於解決最優化問題的樣機。對它更準確的描述是，一台可編程的量子模擬實驗機。”特羅亞教授説：“毫無疑問‘D-波’不是一台通用量子電腦。”

　　量子效應持續極短

　　為了對“D-波”進行測試，研究人員寫了數千個複雜性不等的問題，把每個問題在三個系統上各運作了一千次。一個系統是“D-波”，另兩個是在傳統電腦上進行的最優化問題模擬程式：一個考慮量子效應，另一個不考慮。對於每個任務，研究人員記錄下各系統給出正確答案的頻率。結果“D-波”的表現和考慮了量子效應的模擬程式相同，而有別於沒考慮量子效應的模擬程式。

　　面對這樣的結果，研究人員也感到吃驚，因為“D-波”的量子相干持續時間極為短暫，只有幾十億分之一秒，而通常要解決一個最優化問題需要的時間是這一時間的500倍。大部分專家認為，“D-波”的量子效應簡直不能發揮任何作用。不過特羅亞解釋説，“讓量子效應在所有時間都保持相干也是沒有必要的”。

　　速度不比傳統電腦快

　　人們在考慮建造量子電腦時，一個主要原因就是它將來可能大大提高計算速度，因此研究的另一個結論尤為重要：“D-波”的速度並不比一台傳統電腦更快。

　　“D-波”的速度是業內專家們熱議的主題。尤其是在去年5月，美國阿默斯特學院一位電腦專家發表了一篇質疑文章之後。該文章稱，按照計算“D-波”應該比傳統電腦的速度快幾千倍。研究人員還檢驗了一台新版的“D-波”，跟剛推出一年的512量子比特版的“D-波”差不多，把結果和南加州大學的108量子比特的“D-波”進行了比較。

　　特羅亞説：“結果證明，傳統電腦不僅比108量子比特的‘D-波’快，還能解決512量子比特‘D-波’所能解決的問題，這個512量子比特的新版被認為性能更強。”他們把這些結果和阿默斯特學院的結果進行對比，更清晰顯示“D-波”在測試中一貫地比傳統電腦慢。

　　特羅亞還指出，阿默斯特學院的研究還有個問題，它把“D-波”的快演算法和傳統電腦的慢演算法進行了對比。“我們為傳統電腦開發出了最優化演算法，這讓它們能媲美目前的512量子比特的‘D-波’。人們現在還不知道，將來更多量子比特的像‘D-波’這樣的量子系統，是否真的比傳統計算系統更有優勢。這個問題很重要，最近我們正在用512量子比特的機器來實驗，以找到答案。”