這家制造世界上唯一商用量子計算機的公司釋出了迄今為止最大的機器——研究人員正密切關注。這臺機器以其處理器內的量子位元（或稱 qubits）的數量命名為 2000Q，由加拿大伯納比的 D-Wave 製造，其量子位元數量幾乎是其前身的兩倍。許多研究人員仍然對這類機器的長期潛力持懷疑態度，它們的執行方式與其他新興量子計算機不同。但其他研究人員已經在預訂 D-Wave 計算機的使用時間，以探索從機器學習到網路安全等領域的挑戰。
此外，第四代機器 2000Q 的改進主要得益於研究人員的反饋。
美國宇航局艾姆斯研究中心的物理學家達維德·文圖雷利說：“我們正在作為一個科學家群體提供指導。” 文圖雷利管理著一個由位於華盛頓特區的非營利組織大學空間研究協會 (USRA) 運營的專案，該專案允許外部研究人員訪問美國宇航局-谷歌聯合擁有的 D-Wave 機器。
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D-Wave 還在開發第五個型號，希望透過提供更大的容量和連線性，並更貼近科學家的需求來回應批評。該機器很可能在兩年內推出，量子位元數量將再次翻倍，達到大約 4,000 個。至關重要的是，它還將提供量子位元之間更復雜的連線，使其能夠解決更復雜的問題。
布拉格查爾斯大學的物理學家馬克·諾沃特尼正在探索 D-Wave 機器在網路安全領域的應用，他說：“改變底層連線將改變遊戲規則。” “我基本上垂涎欲滴地期待著它。這非常令人興奮。”
自六年前 D-Wave 機器開始銷售以來，它們既引起了興奮，也引起了懷疑。到目前為止，研究人員已經證明，對於一個為適應機器的能力而設計的問題，量子計算機可以比經典演算法的版本提供巨大的處理速度提升 (V. S. Denchev et al. Phys. Rev. X 6,031015; 2016)。但是，這些計算機並不能擊敗所有經典演算法，而且沒有人找到一個問題可以讓它們優於所有經典競爭對手。
D-Wave 的量子位元比更傳統的量子計算機中的等效物更容易構建，但它們的量子態也更脆弱，它們的操縱也不夠精確。因此，儘管科學家現在一致認為 D-Wave 裝置確實在它們的計算中使用量子現象，但有些人懷疑它們是否能用於比經典計算機更快地解決現實世界的問題，無論有多少量子位元組合在一起，無論它們的配置如何。這種不確定性並沒有阻止使用者數量的增長：去年九月，大約 100 名科學家參加了在墨西哥州聖達菲舉行的 D-Wave 首屆使用者大會。
現有的 D-Wave 計算機位於美國，但包括透過 USRA 等專案在內的全球研究人員都可以遠端訪問它們。文圖雷利說，這些機器正在吸引新的研究人員，他使用其中一臺機器來嘗試找到漫遊器自主安排操作和管理時間的最佳方法。他說：“與量子物理學無關的大學現在正在嘗試他們的演算法。”
與其他量子計算機不同，D-Wave 只適用於解決某些任務，稱為最佳化問題。為了找到最佳解決方案，研究人員首先將由超導環路製成的量子位元置於其最低能量狀態，在這種狀態下，每個量子位元都處於“開”和“關”的量子疊加態。然後，代表問題的磁場會輕輕地將這種狀態推向新的狀態——這個過程稱為量子退火。該狀態在保持其低能量的同時演化，以便在它最終“坍縮”時，應該使量子位元處於解決該問題的最佳配置。由於該系統同時篩選每一個可能的答案，理論上，它可以更快地解決那些在經典方法中，隨著每個變數的增加而呈指數級變得更難解決的問題。但是，以機器可以處理的形式提出研究問題通常意味著使用多個量子位元來表示單個變數，這限制了它可以處理的問題的大小。
諾沃特尼說：“量子計算是一種新工具。因此，我們正在做的部分工作就是試圖弄清楚如何使用它。” 他致力於研究稱為玻爾茲曼機的機器學習演算法，該演算法用於研究線上流量中的模式並識別網路攻擊。到目前為止，對於小的示例，他的團隊已經能夠證明，D-Wave 的機器可以比其經典對應物更有效，更快地檢測到可能的攻擊，他說。
D-Wave 的最新版本包括諾沃特尼一直強烈要求的升級。該功能在不同的量子位元組進行退火過程時提供更多的控制。在至少一個案例中，D-Wave 已經表明，這可以將某些計算的速度提高 1000 倍。對於諾沃特尼來說，該功能至關重要，因為它將允許他的團隊在過程中“取樣”量子位元，這為 D-Wave 探索一種不同型別的機器學習演算法打開了大門，該演算法可以學會識別更復雜的網路攻擊模式。
但是，研究人員希望有更大的連線性。洛斯阿拉莫斯國家實驗室的計算機科學家和 D-Wave 科學與技術負責人斯科特·帕金說，目前，處理器中的每個量子位元只能與另外六個量子位元“對話”。該實驗室自 8 月以來就擁有一臺 D-Wave 計算機。“連線越豐富，就越容易和更快地將問題放到 D-Wave 上。所以這是我的願望清單的首位。”
該公司負責技術的高階副總裁傑里米·希爾頓表示，D-Wave 正在重新設計其第五個處理器，以顯著提高連線性。由於此升級涉及硬體改造，因此它將帶來額外的好處：允許該公司在未來的機器中突破當前處理器設計施加的 10,000 個量子位元的限制，他補充道。
D-Wave 機器距離展示其擁護者希望看到的比經典計算機指數級的速度提升還有很長的路要走。但是，在一篇 1 月 17 日釋出但尚未經過同行評審的論文中，D-Wave 團隊聲稱 2000Q 可以找到比任何已知的經典演算法快 2600 倍的解決方案 (J. King et al. arXiv 預印本 https://arxiv.org/abs/1701.04579; 2017)。現在，懷疑論者有責任嘗試找到更快的經典演算法。德克薩斯大學奧斯汀分校的計算機科學家斯科特·阿倫森說：“我只知道，在之前的兩到三個類似情況下，確實出現了不同的經典求解器消除了聲稱的差距。”
希爾頓認為，今年，D-Wave 將 演示一種計算，這種計算即使是最強大的經典超級計算機也無法完成，競爭對手稱之為“量子霸權”的目標。
他說：“我們取得了一些成果，並且正在與外部合作者合作審查這些成果，看看它們是否成立。”
本文經許可轉載，並於 首次發表 於 2017 年 1 月 24 日。