首臺商用量子計算機問世 速度跑不過傳統計算機

　　D-波公司生產的“D-波量子計算機”。

　　一直以來，量子計算機作為一種全新的、革命性計算機吸引了業內眾多專家的關注。自從加拿大D-波公司推出了第一臺商用量子計算機後，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臺108量子比特的計算機進行了檢驗，卻發現它的速度並不比傳統計算機更快。相關論文發表在最近的《自然·物理學》雜志上。

　　該機器的名字也叫“D-波”，D-波公司宣稱這是一臺量子計算機，不管它是否真的利用量子效應來運行，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、網絡博客和新聞記者的廣泛興趣。比如最早的機器在2011年賣給了美國軍火制造商洛克希德·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臺機器。由于“D-波”能通過搜索發現一個係統的最低能態，解決關于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，係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行？這還不是問題的全部，準確地說，它能不能被稱為計算機都受到質疑。還有人提出，它的計算速度是否比傳統計算機更快？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，對那里的量子係統進行了測試。

　　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行的；而另一方面，研究人員也說：“‘D-波’只是一個模擬設備，一臺用于解決最優化問題的樣機。對它更準確的描述是，一臺可編程的量子模擬實驗機。”特羅亞教授說：“毫無疑問‘D-波’不是一臺通用量子計算機。”

　　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復雜性不等的問題，把每個問題在三個係統上各運行了一千次。一個係統是“D-波”，另兩個是在傳統計算機上進行的最優化問題模擬程序：一個考慮量子效應，另一個不考慮。對于每個任務，研究人員記錄下各係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序相同，而有別于沒考慮量子效應的模擬程序。

　　面對這樣的結果，研究人員也感到吃驚，因為“D-波”的量子相幹持續時間極為短暫，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。不過特羅亞解釋說，“讓量子效應在所有時間都保持相幹也是沒有必要的”。

　　速度不比傳統計算機快

　　人們在考慮建造量子計算機時，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”的速度並不比一臺傳統計算機更快。

　　“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計算機專家發表了一篇質疑文章之後。該文章稱，按照計算“D-波”應該比傳統計算機的速度快幾千倍。研究人員還檢驗了一臺新版的“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。

　　特羅亞說：“結果證明，傳統計算機不僅比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計算機慢。

　　特羅亞還指出，阿默斯特學院的研究還有個問題，它把“D-波”的快算法和傳統計算機的慢算法進行了對比。“我們為傳統計算機開發出了最優化算法，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’這樣的量子係統，是否真的比傳統計算係統更有優勢。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。”