量子計算機D-Wave內部原理

　　北京時間5月4日下午消息，據《連線》雜志報道，量子計算是最復雜難懂的計算技術。對量子計算的研究仍處于初期階段，只有研究水平最高的學術機構和企業，例如美國宇航局(NASA)和谷歌，才會關注這一領域。不過，這樣的現狀可能即將改變。

　　IBM的研究員在位于紐約Yorktown Heights的實驗室中建造了一臺有5個量子位的量子計算機。IBM今天宣布推出一項新的在線服務，將這臺量子計算機開放給所有人。通過簡單的軟件界面，你就可以經由互聯網使用這臺量子計算機，當然你也需要了解量子計算的基本知識。這臺量子計算機并不適合普通人的日常使用，但對正在開發量子計算機的研究人員而言，這是件大事。量子計算機要遠遠強于傳統計算機，而IBM希望將量子計算普及給更多人。

　　IBM的目的也包括利用該服務展示關于量子計算機的研究成果，讓第三方來進行驗證。在與快速發展的量子計算技術打交道時，這一點尤為重要。不過，量子計算技術的先驅、亞琛工業大學量子信息研究所教授大衛·迪文岑佐(David DiVincenzo)認為，IBM的服務將帶來更多。他表示：“我認為，有人能從量子計算機的行為中發現更多信息，而量子計算機的開發者可能從來沒有意識到這些。”

　　研究人員正試圖利用量子計算機開拓新的技術領域，包括分析基因序列以及預測股市的漲跌。有人希望模擬單個分子的運動方式，還有人希望量子計算機能推動機器學習技術的進一步強化。這也是谷歌和NASA對1000萬美元D-Wave量子計算機的期待。D-Wave是一臺充滿爭議的機器，至少在某些情況下能表現出量子特性。

　　量子位是什么？

　　當前的計算機使用微小的晶體管去存儲數據。每個晶體管可以保存信息的一個“位”，即0或1。然而30年前，科學家提出了一種機器，從而突破二進制的限制。這種機器遵循量子機制的某些原則?；诏B加原理，一個量子位保存的信息不再僅僅是0或1，還可以是兩種態的疊加。

　　進一步來看，兩個量子位就可以疊加出4種態：00、01、10、11。如果加入更多量子位，那么從理論上來說，量子計算機的性能要超過當前的任何計算機。參與IBM量子計算研究的耶魯大學前研究員杰瑞·周(Jerry Chow)表示：“你無法以通常的邏輯來解釋這些。量子計算和量子算法的關鍵在于：你要如何駕馭它？”

　　這種超級強大的計算機目前還不存在。量子位的性質很不穩定。當你去觀察量子系統的狀態時，系統就會“坍縮”，成為某種確定的態。這時，量子位表示的信息不再是0和1的疊加，而只是0或者1，與傳統計算機類似。為了開發真正的量子計算機，研究員必須能夠控制量子位的坍縮，獲得期望的結果。

　　進步：每次同樣的結果

　　實現這一目的有多種方式。盡管目前還沒有任何辦法能真正解決問題，但某些研究的前景值得看好。為了開發量子計算機，IBM將超導電路置于龐大的零度以下電冰箱中，這時就能產生5個量子位。通過將這一機器分享給全球更多人，IBM希望能加速這方面的研究，并將系統擴大至50個，甚至100個量子位。

　　滑鐵盧大學量子計算研究所教授大衛·克里(David Cory)表示，這種在線量子計算機，即量子云服務，是前所未有的。他認為，開發這樣的服務要比許多人想象中難度都大。他表示：“這不是一件簡單的事。量子系統非常微妙。”

　　他同時表示，IBM的做法是正確的。該服務的界面非常易用?？死锉硎荆?ldquo;任何了解量子計算的學生都能理解如何與這一設備交互。”

　　克里花了整個周末的時間去嘗試這一新服務。令他驚訝的是，系統表現出了連續性，即每次測試都取得同樣的結果。在傳統計算機制中，這一點都不奇怪，你的筆記本在1秒鐘時間內就能完成海量的計算。然而，在可能性眾多的量子世界中，連續性意味著重要的進步。在這一服務被開放給更多人之后，更顯著的進步或許即將到來。(維金)