头图

谷歌D-Wave量子计算机 运行速度快一亿倍

小智创客开源2015/12/20

智东西(公众号:zhidxcom) 文 | 漫修远 (本文投稿,首发智东西。原文由“西辰智能弱电”(jciba […]

智东西(公众号:zhidxcom)
文 | 漫修远

(本文投稿,首发智东西。原文由“西辰智能弱电”(jcibas)提供,专注提供有价值的智能控制领域干货。)

当你还纠结于买四核/六核/八核;i5还是i7处理器的电脑时,且慢,比这快1亿倍的量子计算机已被证实!

未来,你也许会犹豫配置该选128量比特、512量比特或1000量比特的系统?
注:【量比特】即【量子比特】源自新生的英文Qubits。

2015年的双12节,我们全民狂欢“买买买”的盛宴时,地球那头,一场“算算算”的革命进行得如火如荼。

美国当地时间12月8日,谷歌量子人工智能实验室宣布量子计算机最新进展:在两次测试中D-Wave 2X的运行速度比传统模拟装置计算机芯片运行速度快1亿倍(10的8次方倍)。

图1
原文链接 http://googleresearch.blogspot.ca/2015/12/when-can-quantum-annealing-win.html

其实,伴随D-Wave公司1999年成立伊始,对量子计算机的真伪争论一直存在。本次谷歌的声明引人注目,似为之前多年的争论划上了句号。

为方便读者理解,我们倒过来先讲量子计算的现实应用:

应用篇

快1亿倍是啥概念?

D-Wave另两个大客户为:洛克希德·马丁公司和NASA。

洛克希德·马丁的战斗机应用:

帮助其改善战机的雷达软件系统和飞控系统!交手瞬间比对手快1亿倍的反应速度,令人不寒而栗的代差?乍看还以为是玄幻小说的情节!

2013年2季度,D-Wave 2系统(512位量比特)交付使用。

图2

NASA的Ames应用:

优化瞬息变幻的飞控任务、导航通讯、系统诊断、机器人控制、部件识别、使命计划和调度等!

图3

应用分类

机器学习(二进制的甄别):

图4

优化:

下图案例中量子计算机凭其出色运算能力优化设计,用最低成本建立大于30PSI压力的自来水管网。击败了年产值6亿美金并拥有实际管网的大公司。

图5

取样:

蒙特卡洛算法:即采样越多,越近似最优解。换言之,尽量找好的,但不保证是最好的。

下图举例了10颗人造卫星在协调描绘数字地球任务时,量子计算协调大量有冲突样本以及各类调度计划。

图6

原理篇

量子芯探秘

主要看气质~量子比特能同步存在于0和1的状态!

图7

D-Wave 2X 系统,在1000个量子比特时,能同时搜索2的1000次方个可能的方案!

图8

图9

一个量子位的叠加态的示意图

量子计算:

量子的重叠与牵连原理产生了巨大的计算能力。普通计算机中的2位寄存器在某一时间仅能存储4个二进制数(00、01、10、11)中的一个,而量子计算机中的2位量子位(qubit)寄存器可同时存储这四个数,因为每一个量子比特可表示两个值。如果有更多量子比特的话,计算能力就呈指数级提高。

图10

量子比特&量子处理器

量子计算机的处理器,是由金属铌晶格组成细小闭环,上图红线标识每一条就是一个单位量子比特。当铌被冷却到9.2开尔文以下时,它成为超导体,并开始展示量子力学效应。

通过量子环路顺时针或逆时针流动,超导量子比特发射一个向下或向上的磁场,逻辑编码为 1 或 0。量子的隧道穿越效应期间,同时产生顺时针和逆时针流,这使量子比特处于”叠加”状态,即,同时存在0 和 1状态。量子隧穿效应周期末尾量子比特”塌陷”成0 或 1两个状态之一。

图11

量子隧道

图12

量子芯的温度演示

图13

量子计算机另一个特点~低功耗:D-Wave 2 X的功耗仅是目前超级计算机的1/100。从而,相应的冷却系统负载也将更大大减轻!

图14

架构篇

量子计算机的架构

架构比想象的还简单些,如下图,外壳由三台19寸机柜和1个掩蔽大箱组成。

图15

系统架构,如下图所示,分为处理器含冷却系统,子控制系统服务器以及客户端

图16

软件和编程篇

目前有多种方法向D-Wave 2X 提交程序(如下图所示),系统提供Web API接口,可按照开发者的喜好用C, C++, Python 和 MATLAB等语言,上传代码到云端,轻松访问量子计算机。

图17

量子计算机不仅能提供最佳的方案,也能呈现非常好的可选方案。用户可具体指定系统返回一定数量的解决方案。

致敬篇

能有今天,我们要向量子之父 Max Planck致敬。他曾这样说:“当你看世界的方法改变了,世界也会随之改变”。

图18

小编以为:

在量子计算机领域,这只是开头。目前,1000个量子比特带来2的1000次方的解决方案。未来,10000个量子比特呢?欢迎来到未来!如果上天给我一个机会再说一次的话,我会对你说三个字“量比特”。如果非要把超越传统计算速度给上一个数值,那会是一亿倍!

本文转载自微信公众号:jcibas

zhidx1029