這家加拿大的公司表示將在明年初推出一款能夠處理大約 2000 個量子比特（qubit）的新型量子芯片，這一數(shù)量差不多是現(xiàn)有的 D-Wave 2X 系統(tǒng)的處理器中量子比特?cái)?shù)量的兩倍，而且其將實(shí)現(xiàn)的計(jì)算速度也將達(dá)到前一代的 1000 倍以上。

D-Wava 的計(jì)算機(jī)造價(jià)數(shù)百萬美元，其使用一種所謂的「量子晶體管（quantum transistor）」來進(jìn)行計(jì)算——這種晶體管是一種利用液氦冷卻至近乎絕對零度的微型鈮線路。

目前還僅有幾家企業(yè)或組織在使用 D-Wave 的量子計(jì)算機(jī)，其中包括谷歌和大學(xué)空間研究協(xié)會（Universities Space Research Association）、洛克希德·馬丁公司和洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室。不過，D-Wave 也在通過云服務(wù)來提供其量子計(jì)算機(jī)的使用權(quán)限。

量子計(jì)算仍然很大程度上是一個理論研究的領(lǐng)域，這個領(lǐng)域研究的是如何利用物質(zhì)在原子尺度上的怪誕和反直覺的行為來開發(fā)強(qiáng)大的機(jī)器。對于某些特定任務(wù)，量子計(jì)算機(jī)的速度有望指數(shù)級地超越現(xiàn)有的計(jì)算系統(tǒng)，而且同時其能效也將遠(yuǎn)遠(yuǎn)更高。目前還不存在通用型的量子計(jì)算機(jī)，而 D-Wave 的量子計(jì)算機(jī)是通過利用原子的多種行為（如糾纏和態(tài)疊加）來幫助解決一系列困難的計(jì)算問題。

「我們已經(jīng)進(jìn)入了一個發(fā)展軌道，差不多每隔一年就能實(shí)現(xiàn)量子比特的數(shù)量的倍增?！笵-Wave 業(yè)務(wù)發(fā)展和戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系負(fù)責(zé)人 Colin Williams 說。

D-Wave 處理器中量子比特?cái)?shù)量的迅速增長讓該系統(tǒng)可以進(jìn)一步挑戰(zhàn)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，而他們新的處理器還將支持一些能帶來更高效計(jì)算的額外特性。

「在內(nèi)部測試中，這么做的效果看起來真的非常不錯。通過利用這些能力所帶來的 1000 倍提升，我們已經(jīng)加快了解決某些問題的速度。」Williams 在劍橋的 CW TEC 會議上如是說道。

D-Wave 系統(tǒng)并非如同今日的 PC 一樣的通用型計(jì)算機(jī)。D-Wave 機(jī)器沒有能力執(zhí)行所有類型的計(jì)算任務(wù)，其只能解決一種被稱為無約束二元優(yōu)化（unconstrained binary optimization）的特定類型的任務(wù)及其相關(guān)的采樣問題。這種類型的優(yōu)化問題的一個非常簡單的案例是：在你的預(yù)算范圍內(nèi)，擬定盡可能接近你的夢想規(guī)格的房屋規(guī)劃。

據(jù) D-Wave 稱，D-Wave 處理器處理的這些特定的任務(wù)可以在一些特定領(lǐng)域發(fā)揮巨大的作用，尤其是在訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型上。

但是，要實(shí)現(xiàn)通用量子計(jì)算機(jī)還存在更大的難題，另外還有一些尚未解決的工程難題。倫敦大學(xué)學(xué)院納米電子學(xué)和光子學(xué)教授 John Morton 根據(jù)過去的芯片發(fā)展趨勢預(yù)測說第一個通用型量子處理器會在 2030 年代問世。

Morton 說就好像計(jì)算器不是計(jì)算機(jī)一樣，D-Wave 系統(tǒng)也不是通用量子計(jì)算機(jī)。

「計(jì)算器可以解決一些非常具體的問題。很多人使用它，而且你可以跨許多行業(yè)使用計(jì)算器?！顾f，「所以當(dāng) D-Wave 向你表示有許多行業(yè)都可以使用 D-Wave 機(jī)器時，也許確實(shí)有很多可以應(yīng)用它的領(lǐng)域，但它仍然是一種專用設(shè)備?！?/span>

盡管谷歌目前尚未使用 D-Wave 機(jī)器來增強(qiáng)其在機(jī)器學(xué)習(xí)方面的工作，但這家科技巨頭在去年年底通過一次測試運(yùn)行證實(shí)了 D-Wave 的處理器的可行性（其不斷受到一些學(xué)者的質(zhì)疑）。

該實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在執(zhí)行一個類似的運(yùn)算時，D-Wave 2X 處理器的速度可以比傳統(tǒng)處理器快 1 億多倍，但 Williams 說，更重要的是這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)展現(xiàn)了 D-Wave 的芯片的未來潛力。

「其所帶來的主要收獲并不是在加速上的效果，因?yàn)檫€有一些其它算法可以做到更好?！顾f，「這個實(shí)驗(yàn)表明 D-Wave 芯片中確實(shí)發(fā)生著量子隧穿（quantum tunnelling）。它表明即使隧穿的范圍是有限的，它也仍是一種有用的計(jì)算工具。谷歌和我們一樣理解這一點(diǎn)，隨著我們對我們的芯片設(shè)計(jì)的改進(jìn)，并實(shí)現(xiàn)更密集的連接，那么在這個問題上目前效果良好的傳統(tǒng)算法就將完全落后。」

D-Wave 已經(jīng)從多個投資者那里拿到了數(shù)百萬美元的融資，其中包括投資銀行高盛、In-Q-Tel（美國中央情報(bào)局的投資機(jī)構(gòu)）、Bezos Expeditions（亞馬遜創(chuàng)始人 Jeff Bezos 的投資機(jī)構(gòu)）、BDC Capital、Harris & Harris Group、和 DFJ。

像人類一樣說話的機(jī)器

對 D-Wave 芯片的另一個批評是其專用性限制其用途，Williams 反對這種說法。

他說：「人們認(rèn)為 D-Wave 芯片只能做一件事，我想說這是不對的，事實(shí)已經(jīng)證明它所能做的一件事可以被用在許多不同的領(lǐng)域中?！?/span>

盡管他并沒有指明這樣使用過 D-Wave 芯片的組織，但他說這種處理器已經(jīng)在金融領(lǐng)域被用來進(jìn)行交易軌跡優(yōu)化、在生物科學(xué)領(lǐng)域被用來研究蛋白質(zhì)折疊、被用來創(chuàng)造永遠(yuǎn)不會錯過潛在匹配的列表過濾器——這可以用于檢查恐怖分子監(jiān)控列表的安全服務(wù)、人工智能二元分類器的開發(fā)和計(jì)算機(jī)視覺。

但這是無監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)——訓(xùn)練數(shù)據(jù)被送入一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，機(jī)器通過識別模式進(jìn)行學(xué)習(xí)；Williams 相信 D-Wave 處理器將在這一領(lǐng)域帶來最大的影響，這也許還能夠解釋谷歌對這一技術(shù)的興趣。

「我們認(rèn)為機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能從根本上來說是這種機(jī)器的最好的應(yīng)用案例，尤其是它有望徹底變革無監(jiān)督生成學(xué)習(xí)?！顾f，「使用量子芯片，我們有望回到并解決機(jī)器學(xué)習(xí)的最初的也是最大的挑戰(zhàn)——『我們怎么實(shí)現(xiàn)效果和人類一樣好的無監(jiān)督的生成式的機(jī)器學(xué)習(xí)？』如果你能做到這一點(diǎn)，你就可以使用機(jī)器學(xué)習(xí)做到很多驚人的事情。你可以讓受過訓(xùn)練的機(jī)器生成新的、且與訓(xùn)練數(shù)據(jù)無法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)區(qū)分的新數(shù)據(jù)。」

Williams 預(yù)測未來幾代的 D-Wave 芯片可以訓(xùn)練機(jī)器生成類似于其接受訓(xùn)練的大師畫作那樣的新的讓人信服的藝術(shù)作品，或有能力進(jìn)行和人類一樣的語音對話。

D-Wave 已經(jīng)開始在這種芯片上實(shí)驗(yàn)機(jī)器學(xué)習(xí)了，他們制作了一種隨機(jī)循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)——玻爾茲曼機(jī)，即「量子玻爾茲曼機(jī)（Quantum Boltzmann machine）」——Williams 稱其「與之前的機(jī)器學(xué)習(xí)模型存在根本上的不同」。

Williams 認(rèn)為 D-Wave 芯片或其它量子處理器并不會取代傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)芯片，而是會一起協(xié)作。

「我們認(rèn)識到量子計(jì)算并不會取代傳統(tǒng)機(jī)器。量子計(jì)算改變世界的方式是增強(qiáng)傳統(tǒng)系統(tǒng)。」他說，「比如說哦，你可以將量子計(jì)算的輸出作為啟發(fā)式搜索算法的輸入。其中的思想是：量子算法可以讓你接近很好的解決方案，而傳統(tǒng)算法可以幫助你完成它。我們也可以看看預(yù)處理技術(shù)，對于一個非常大的問題，我們可以將其放進(jìn)量子芯片中，然后將其分解成一個問題序列?！?/span>

除了 2000 量子比特處理器之外，Williams 說 D-Wave 還有一種「下一代芯片」的新設(shè)計(jì)，其「基于我們所學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，具有完全新式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)」。

關(guān)于 D-Wave 新型芯片的更多細(xì)節(jié)

對細(xì)節(jié)感興趣的人來說，Williams 對 2000 量子比特芯片的能力也做了更深入的介紹。

每個 D-Wave 處理器被設(shè)計(jì)進(jìn)行量子退火，使用量子物理發(fā)現(xiàn)最小的能態(tài)，這對解決優(yōu)化和相關(guān)采樣問題而言很有用。Williams 解釋了新的芯片將如何提供對退火過程的更強(qiáng)大的控制。

他說，「不只是有了更多的量子比特，我們也改變了其他許多特征。在先前的 D-Wave 芯片上，我們只有觀察一條退火路徑的能力。我們也有一種單行道依次關(guān)閉初始哈密頓量以及打開最終哈密頓量。」他解釋說，哈密頓量能夠在給定系統(tǒng)狀態(tài)的情況下輸出系統(tǒng)內(nèi)的能量。

「這不久之后將會改變，有了 2000 量子比特芯片，我們將對參數(shù)有更強(qiáng)的控制，我們也打算對退火路徑添加更多的控制。從內(nèi)部的測試來看，做這些改變真的很好。通過利用這些能力，我們在一些問題上已經(jīng)加速了 1000 倍。我們也有了終止退火的特征，然后加速將退火過程推向終點(diǎn)，你不需要再等速退火了。這很有趣，因?yàn)檫@使得你能在退火中探測量子態(tài)，從量子玻爾茲曼機(jī)的角度來說這是很重要的特征。我們也有一個更快速的退火過程，前一代系統(tǒng)的退火速度只能降低到 20 微秒，而新系統(tǒng)的速度可降到 5 微秒?！?/span>