智东西（公众号：zhidxcom）
编译 | 夏舍予
编辑 | 徐珊
智东西7月11日消息，根据外媒IEEE Spectrum报道，量子计算机的领头公司D-Wave预计将在2023或2024年发布下一代量子计算机系统Advantage2的正式版。今年六月，D-Wave已经在Leap量子云系统上发布了Advantage2的原型机。
Advantage2系统是D-Wave的第六代量子计算机系统，其量子比特连接数从Advantage1的15个增加到了20个，D-Wave将这种20个量子比特的拓扑命名为Zephyr拓扑（Zephyrtopology）。
D-Wave此次发布的Advantage2原型机有500多个量子比特，而即将发布的正式版有7000个量子比特。D-Wave称，届时7000量子比特计算机将成为世界上功能最强大的量子计算机。
▲D-Wave此前发布过的退火量子计算机
一、一次运行两次计算，量子计算机数据计算量更大
D-Wave的Advantage2属于退火量子计算机系统。
目前量子计算机的常见种类有两种：门模型量子计算机（gate model quantum computers）和退火量子计算机（annealing quantum computers）。门模型量子计算机电路中的量子比特以固定的顺序相互作用，而退火量子计算机电路中的量子比特却是在基态中相互作用，基态就是量子计算机在缓慢冷却过程中找到的最低能量状态。
量子计算机与传统计算机有很大不同。传统计算机打开晶体管表示数值1，关闭晶体管表示数值0，这是两种互斥状态。但是量子计算机可以同时表示0和1两个数值。这是由于量子物理的特性，每个量子比特会存在一种叠加状态。在这种状态下，每个量子比特的本质是1又是0，所以每个量子比特可以一次性进行两次计算。量子比特纠缠得越多，量子计算机的能力就越强。
▲D-Wave的Leap云系统
二、退火量机独特优势，寻找最优解
实验物理学家兼D-Wave退火量子产品负责人埃米尔·霍斯金森（Emile Hoskinson）说：“退火量子计算机通常应用于解决优化问题。退火量子计算机可以从所有可能的情况中找到最佳解决方案，例如绘制出从A点到B点的最快路线。”
霍斯金森进一步解释说，以在室外空间寻找最低点为例，传统的计算机可能会在表面上找一个随机点，然后以这个点为基准，四处寻找比这个点更低的点，直到再也找不到更低的点为止。但是通过这种方法，计算机找到的通常只是局部最小值。而退火量子计算机可以在表面上同时找很多个点，以这些作为基准，减少结果出现局部最小值的几率。
▲D-Wave的CEO：Vern Brownell
三、Advantage2连接数更多，能够处理更复杂优化问题
当采用Zephyr拓扑时，Advantage2系统的量子比特连接数是20个。
霍斯金森表示，在实验中，Advantage2成功找到最佳解决方案的几率是89%，比82%成功率的Advantage1表现更好。这是因为Advantage2的量子比特的连接性更强，多个量子比特可以通过一种被称为嵌入（embedding）的策略连接在一起。
霍斯金森表示，量子比特之间的连接性非常重要，这就好比是一个社交网络，网络中节点之间的连接数量增加，其影响和互动的复杂性也会增加。
霍斯金森说：“复杂性可以体现在解决问题所需要的计算规模上，例如变量数量和约束条件等。复杂性同样可以体现在商业案例的应用上。如果企业改变了时间表或者供应链的计划安排，又需要快速从所有可能的情况中找到最佳解决方案，这种情况会增加问题的复杂性。而Advantage2系统可以更好、更快地解决这类复杂问题的应用。”
除此之外，Advantage2系统可以支持更大的能量规模（energy scale），这能减少热波动对量子比特的干扰性，提高了量子计算机的准确率。
随着Advantage2的Zephyr拓扑结构和更大的能量规模，嵌入策略可以解决更多复杂的商业问题。
▲Zephyr拓扑结构的剪影
四、低噪音工艺加持，Advantage2性能大幅提升
霍斯金森说，D-Wave正在研发一种新的低噪声、多层超导集成电路制造工艺，这种工艺在提高Advantage2的性能和提升量子比特连接性方面具有显著效果。
霍斯金森说：“虽然Advantage2原型机采用的是我们现在的堆栈（fabrication stack），但最终的Advantage2正式版系统将采用全新的低噪音堆栈。我们对新堆栈的早期实验结果显示，与旧堆栈相比，新堆栈的低频通量噪声降低了7倍，综合通量噪声降低了3倍，这将进一步帮助Advantage2提高系统性能。”
霍斯金森表示，他们打算开放Advantage2原型机的使用，旨在与用户分享D-Wave正在学习的知识以及从用户社区中获得使用反馈，从而继续构建完整的Advantage2系统。
霍斯金森进一步讲道：“Advantage2是D-Wave全新设计的量子计算机系统，未来，随着Advantage2系统的投入使用，D-Wave将证明连接性和低噪声将可以显著提高量子计算机的性能。通过提供Advantage2原型的商业化访问，我们有机会为客户带来新量子应用体验，窥见未来。”
▲D-Wave即将推出新的Advantage2系统
五、大众、NASA、谷歌等已成为D-Wave的量子计算机客户
D-Wave公司于1999年成立，是世界上第一家量子计算机的商业供应商。外界对这家公司的评价褒贬不一，许多人一直怀疑其量子计算机是否真的比普通计算机功能更强大。但也有一些知名公司认可D-Wave的技术，并与该公司建立了良好的合作。
2011年，航空航天制造商洛克希德·马丁公司（Lockheed Martin Space Systems Company）购买了D-Wave的第一个量子计算系统——128量子比特的D-Wave1。2013年，NASA与谷歌合作的的量子人工智能实验室购买了该公司的D-Wave 2。此后，南加州大学和洛斯阿拉莫斯国家实验室等也成了该公司的客户。
霍斯金森说：“我们有广泛的客户群体，例如大众、丰田、埃森哲和洛克希德·马丁公司，它们已经在资源调度、物流、投资组合优化等不同领域建立了数百个早期量子应用。”
结语：蛰伏23年终迎高光，D-Wave能否引领量子计算机领域？
自1999年起至今，D-Wave已经在量子计算机领域专注了23年。
D-Wave公司以其独家的退火技术量子计算而闻名世界，但是外界对该公司的争议不断，D-Wave退火量子计算技术早期并未得到学界和工业界的完全认可。
直到2022年2月，这家公司宣布计划将通过SPAC机制在纽约证券交易所上市。经过多年的耕耘后，D-Wave终于要迎来属于自己的高光时刻。
但是目前业界人士仍然对其退火量子计算机有所顾虑，其中最大的担忧就是退火量子计算机的独有优势——解决优化问题的能力，是否会被其他通用型量子计算机所替代。这或许是D-Wave在量子计算机领域面临的最大潜在威胁。
来源：IEEE Specturm
