本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
本週，我在BBC Radio 4上與DWave首席技術官Geordie Rose博士進行了一次有趣的討論，起因是NASA和谷歌正在投資DWave的“量子計算機”的新聞。 想法是建立一個由NASA和谷歌共同使用的設施，同時也允許學者預約系統時間來嘗試新的想法。
我們的電臺對話引出了一個重要的問題，這個問題困擾這個主題多年：什麼時候量子計算機不是量子計算機？
我首先解釋了量子計算背後的理論，以及為什麼它們有望實現顯著更快的處理速度。 本質上，它依賴於以下事實：雖然傳統的“位元”可以是0或1，但量子位元（所謂的qubit）可以同時是0和1（稱為疊加）。 如果您可以組合量子位元（稱為糾纏），您就可以擁有一個系統，該系統可以處理隨著您糾纏的量子位元數量呈指數擴充套件的值。 與傳統程式設計一樣，這些量子位元透過各種邏輯閘以實現所需的結果。 因此，這被稱為量子計算的“門理論”。
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許多學者，以及越來越多的IBM和微軟等大型公司，多年來一直致力於演算法、糾錯以及建立量子位元的各種技術，範圍從光子到離子阱到編織任意子。 迄今為止，我們發現將這些量子位元保持在疊加態並確保它們真正糾纏在一起極其困難。 “退相干”是指量子位元脫離疊加態並僅變為0或1，這是所有量子計算機工程師的禍根。
這種退相干問題促使許多人尋找自然免疫這種效應的方法。 DWave就是其中一個小組。 他們將其處理器基於一種稱為量子退火的效應，有時也稱為絕熱量子計算，該效應最早在2000年被討論為進行某些計算的可能手段。
正如其名稱所示，量子退火過程是一種量子級效應。 在量子位元的尺度上，您可以使用該效應來確定系統的最低“能量”狀態。 因此，如果您可以用一個函式來描述一個問題，該函式具有“能量”與某些其他引數的“成本”，則可以找到代表最佳狀態的配置。 例如，想想經典的旅行推銷員問題，即嘗試在城市之間旅行時找到最短路徑。 如果您在傳統計算機上使用簡單的試錯法來做到這一點，那麼當您達到30個城市時，這將比宇宙的年齡還要長。 使用量子退火，您可以將問題定義為最佳化任務，這意味著您可以對DWave系統進行程式設計以計算它。
一個顯而易見的問題是，量子退火比傳統計算機快多少？ 基於解決特定問題，這個問題在剛剛發表的一篇論文中得到了解答，在該論文中，學者們在解決已知計算難度大的最佳化問題時，將傳統計算機與DWave系統進行了比較。 據報道，在某些情況下，DWave系統速度快數千倍。
因此，我們有一個可以基於量子效應進行有用計算的系統。 它可能不是一些純粹主義者定義的量子計算機，但它確實有一個巨大的優勢：它存在並且可以用來做有意義的工作。 就所有理論而言，基於門理論的量子計算機仍然非常實驗性，並且只能聚集少數量子位元。 基於門的量子計算最終會到來； 隨著我們走向摩爾定律的終結，投入的資金和對技術的迫切需求意味著這是一個何時而不是是否的問題。 但是，在這段目前長度不確定的旅程中，我們不應該對沿途的機會視而不見。 這可能被證明是一個彎路，但是許多有趣的進展都來自於那些發現這種機會的計算機領域。
那麼，DWave的系統是量子計算機嗎？ 我認為這是一個錯誤的問題。 最好問DWave系統是否可以幫助進行一些以前不切實際的計算，在這種情況下，答案是肯定的。
圖片
D-Wave Systems, Inc., Arnab Das, WhiteTimberwolf, Saurabh.harsh
