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谷歌联手NASA造超级量子计算机

2015-9-30 15:17| 发布者: cncelab| 查看: 3294| 评论: 0

摘要: 在传统计算机中,一个三极管储存单个的信息“比特”。如果三极管处于“开”,它保持1,如果它是“关”,就保持0。但是在量子计算机中,感谢所谓的叠加原理,使得保持在量子系统中的信息可以同时存在两个状态。
       【消费电子实验室-2015/9/30】谷歌的量子计算机正在大升级。这台名叫D-Wave的机器,正在完成一次飞跃,从512个量子位(量子计算机的基本结构单元) 到超过1000量子位。构造这个系统的公司宣称,这次性能升级不需要明显地提高功率,这可是量子计算机进步的好兆头。

  谷歌在离它山景城的加州总部不远的NASA Ames 研究中心与NASA和USRA(高校航空研究协会)一起操作它的量子计算机。9月28日这一天,制造这台计算机的加拿大公司D-Wave系统表示未来7年同意为系统提供常规升级——保持它能“达到最高水平”。D-Wave战略合作伙伴事业拓展部总监科林·威廉姆斯称之为“公司历史上最大的交易。” 尤其是,该系统也被国防巨头洛克希德马丁使用。
  尽管D-Wave还没有给力到科学家们希望有一天它能变成的样子,但是这次到达1000量子位的提升代表了量子计算机能力的一种指数级的发展。那么问题来了,量子计算机能做什么呢?谷歌和它的小伙伴们一直想要努力的告诉我们这些凡人。谷歌说在一些情况中D-Wave有自信能够胜过今天的非量子计算机,并且南加州大学的科学家出版了建议D-Wave展示行为超越经典物理的研究。
  纵观谷歌的合约史,如果所有事情都按照计划来,那么这个系统的表现将会继续提升。但是还有另外一些特点要考虑。威廉姆斯说因为D-Wave扩大了量子比特数,系统运行需要的功率的量大略保持了一致。
  “我们可以在恒定功率消耗下提高性能,”他说。有时当今天的计算机芯片制造者正在努力从同样功率电路的获得更优性能,而D-Wave打破了这一趋势。

  “量子位”能同时储存0和1
  一台量子计算机运行按照量子力学的原则,就是那些极小的粒子遵循的物理学,比如电子和光子。在传统计算机中,一个三极管储存单个的信息“比特”。如果三极管处于“开”,它保持1,如果它是“关”,就保持0。但是在量子计算机中,感谢所谓的叠加原理,使得保持在量子系统中的信息可以同时存在两个状态。“量子位”能同时储存0和1。
  那么,两个量子位就能在任何给定时间里保持4个值(00, 01, 10,和11)。由于你持续增加量子位的数目,你以指数方式增加了系统的功率。那么问题又来了,建造一个量子位是一件极端困难的事情。如果你读了量子系统的信息,你就“变形”了。基本上,它就变成了只能储存一个值的传统比特。
  D-Wave相信它可以找到一个方法解决这个问题。它在2007年发布了生成16个量子位的第一款机器。几年前当它达到512量子位时谷歌和NASA一起开始测试机器。D-Wave说,每个量子位是一个超导回路——一个小的电流闭环——并且这些回路被降到极低的温度,这样电流就立刻流到了所有方向。然后机器表现了基于算法式的计算,这在本质上决定了当温度升高时一组电路出现在特定模式下的可能性。

  趋势能够被打破
  一些人质疑这个系统是否可以真实地展示量子性能。但是南加州大学的研究者表示这个系统出现是为了展示一种叫做“量子退火”的现象,这就表明它在量子领域是的确可操作的。无论如何,D-Wave不是一个普通的量子计算机——也就是说,它不是一台用于各种常规任务的电脑。但是D-Wave说这台计算机十分适合于“最优化”问题和机器学习。所谓“最优化”问题也就是当你面对很多很多不同的前进方式并且必须选出一个最好的选项(选择恐惧症的孩子们已疯……);机器学习就是计算机通过分析大量数据自己教自己处理任务。
  D-Wave告诉我们运行系统所需的大部分功率与极端的散热有关。整个系统消耗大约15千瓦功率,而量子芯片本身用1微瓦的一小部分。威廉姆斯说“大部分的功率都用于运行冷冻机。” 也就是说公司能继续提高性能而不必明显地提高功率。也许此刻,这并不是一个伟大的壮举。但是在一个传统计算机正在接近极限的世界,它至少提供了一些希望,即趋势能够被打破。

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