D-Wave 恢复新型 Advantage2 计算机的“量子霸权”主张

快速阅读: 据《ZDNet》最新报道，量子计算公司D-Wave宣布其第六代量子计算机Advantage2投入商用，性能大幅提升。该机器在优化问题上展现出显著的量子优势，适用于供应链管理等领域。尽管面临竞争，D-Wave正研发下一代产品并探索量子区块链等新领域。

量子计算先锋D-Wave量子于周二宣布其第六代量子计算机Advantage2正式投入商用。该公司表示，相较于前代系统，Advantage2在优化问题上的经典计算能力实现了显著提升。尽管“量子优势”这一术语存在争议，但该公司声称，该机器已实现了长期以来追求的量子“优势”目标。

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“这对D-Wave和整个量子计算行业来说都是一个具有里程碑意义的时刻，”D-Wave首席执行官艾伦·巴雷茨在Zoom采访中表示。“从根本上讲，我们的技术正在做的是经典计算无法实现的事情。”

“我们已有客户在生产环境中使用我们的技术并从中受益。我们所做的所有努力都是为了让它易于使用，从而确保客户拥有高可用性和快速响应需求的能力。这从根本上使我们区别于其他行业。”

“这从根本上是一次巨大的性能飞跃，”D-Wave首席开发官特雷弗·兰廷在同一采访中说道。

Advantage2在其前代产品的基础上在多个维度上进行了改进。最显著的是，通过使每个4,400个量子比特与其他量子比特的连接总数从原来的15个增加到20个，公司能够将“相干时间”加倍，即在量子态崩溃之前可以测量量子计算以获得输出的狭窄窗口。

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兰廷指出，“相干时间加倍”使得答案的获取速度大幅提高，大约比以前快了10,000倍。这听起来或许矛盾，但更长的相干时间会导致更高的准确性，因此关键在于需要多少时间才能得到质量可接受的答案。

两种类型的量子机器

D-Wave在很大程度上不同于大多数其他量子计算项目，包括IonQ和Rigetti Computing等竞争对手的机器。

在量子计算领域，有两种竞争的技术方法。

D-Wave首席执行官艾伦·巴雷茨

一种方法被称为“门”模型，其中IonQ和其他公司使用各种奇异技术，如囚禁离子，来构建显示量子力学特性的1和0的表示形式，例如纠缠和隧穿。

门模型旨在创建一种通用量子计算机，可以从任何经典的计算电路，如“AND”电路或“XOR”电路中模拟出任何合法的操作。这使得这些机器立即适用于解决微分方程等问题。

另一种方法被称为“退火”模型，D-Wave自1999年成立以来一直在追求这种方法。

退火这一冶金技术源于古德语中的“燃烧”动词，涉及加热物质，如金属，然后让其逐渐冷却，形成新的、更具弹性的形态。

计算机上的算法模拟了冶金过程：它通过放松对变量可能取值的约束，使问题的变量“加热”，以便尝试更多的可能配置。通过这样的试错过程，问题的值最终会稳定在一个低能量状态，即问题的解。

D-Wave建立了一个量子版本。像传统的计算机芯片一样，D-Wave处理器由各种金属层组成，排列成一个计算核心矩阵，通过通信网格相互连接。

这种设计是由明尼苏达州布卢明顿的SkyWater Technology根据合同为D-Wave制造的。

退火过程不适合门计算机的通用操作，但它使D-Wave的机器非常适合一类问题：优化。优化涉及多个变量必须凝聚成理想状态以解决问题，例如资源调度或供应链管理。

D-Wave首席开发官特雷弗·兰廷

巴雷茨表示，Advantage2通过处理更多变量扩大了退火技术可以解决的问题范围。

“今天，我们可以解决数百到数千到数万变量范围内的问题，”他说。“我们最终需要解决的是数千万变量范围内的问题——这开始为我们打开这个领域的大门。”

目前，D-Wave解决了量子计算市场四分之一的部分，即优化问题——这是公司退火技术独有的能力。机器可以最终解决的另外两大类别问题是线性代数和因式分解问题，而第四类，微分方程，则局限于门式机器。

“因此，我们可以解决大约四分之三的总可解决市场，其中四分之一完全属于我们。”他说，在二十年内，仅优化部分可能每年价值2000亿美元。

投入运营

兰廷表示，Advantage2的一般可用性紧随一些D-Wave客户对原型机进行多年测试之后，其中包括在机器上运行超过2000万个客户作业。

巴雷茨表示，全球排名前2000位的企业中有25家已经在使用该机器，其中包括万事达卡和日本电信巨头NTT-Docomo。

客户可以通过D-Wave的Leap云计算服务访问该机器。每季度两个开发者席位的费用为25,000美元，巴雷茨表示这相当于“近乎无限制的时间”在计算机上使用。对于生产运行，“我们按应用收费，”他说，“基于应用的特征，应用的复杂程度”，费用范围从“每年几十万美元到几百万美元不等”。

巴雷茨告诉我，在美国重新调整全球关税和贸易引起的供应链问题背景下，优化问题非常相关。

“这些对商业而言是充满挑战的时期，”他说。“公司在面对所有这些挑战时需要以更高的效率运作，以维持底线。”

巴雷茨表示，许多这些挑战都可以通过解决复杂的计算问题来解决，无论是优化供应链还是改善业务运营效率。这些问题的核心就在于解决复杂的优化问题。这就是我们所关注的。

巴雷茨表示，为了确保Leap服务始终处于最新一代，云中的所有机器都将逐步升级到Advantage2。

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D-Wave还出售完整的系统，价格高达数百万美元。巴雷茨说，这样做很重要。“对于那些希望探索新类型工作负载并与超级计算机更紧密集成的政府和研究客户来说，他们需要拥有这套系统，”他说。

该公司正在研究如何训练生成式人工智能模型，如大型语言模型。“你可以想象超大规模公司将这些系统作为其人工智能基础设施的一部分购买，”他提到谷歌和其他科技巨头时说道。

霸权主张

Advantage2已经有了引人注目的科学数据支持。在《科学》杂志四月刊发表的一篇文章中，D-Wave研究人员描述了使用Advantage2解决材料物理学中的复杂问题：测量磁性材料并提取其在经历所谓的相变过程中的性质。

在原型版本中仅运行1,200个量子比特的Advantage2与美国能源部橡树岭国家实验室运行的Frontier超级计算机进行了比较。

兰廷指出，根据某项指标，Advantage2计算问题解决方案所需的电费不到一美元，而相比之下，经典计算机的全球年度电力消耗则要高得多。

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“这为你提供了工具，不仅可以超越经典超级计算机的能力，而且在本质上也比其他任何方式进行这些困难计算更加节能，”兰廷说。

巴雷茨将这篇文章称为“优势论文”，这可能是该领域某些人争议的来源。

文章本身并未使用“量子优势”这一术语，物理学家约翰·普雷斯基尔在2012年将其定义为“大幅超越”传统计算机的结果。

相反，《科学》文章依赖于“超越经典计算”的表述。巴雷茨指出，这篇论文由来自世界各地众多机构的研究人员共同撰写，这意味着D-Wave并未对该语言拥有单方面的控制权。

然而，就巴雷茨而言，他确信系统确实展示了符合普雷斯基尔定义的优势。

“我们相信我们在科学论文中展示的正是约翰·普雷斯基尔所定义的量子优势，”巴雷茨说。“论文确实表明，你无法以经典方式实现这一点。”

“疫情期间，有些人说我们应该避免使用‘优势’一词，”巴雷茨提到关于‘优势’与‘白人至上主义’联系的争论时说道。

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“‘量子霸权’这个词最能描述我们的成就，”巴雷茨表示，“并且目前还没有其他人做到这一点。”

另一个D-Wave正在研究的领域是为区块链加密提供一种“量子工作量证明”，这是一种在不使用大量能源的情况下实现比特币和以太坊任务的方法。“我们的想法是创建一个更加节能的区块链，利用这种‘量子霸权’计算能力，”巴雷茨表示。

基于量子的区块链本质上会形成一个计算机销售市场，巴雷茨指出，因为进行工作量证明的机器需要在全球范围内分布，而不是运行在云服务中。

至于你可能担心的量子黑客攻击区块链，即突破维持区块链完整性的50%计算阈值的能力，“目前，凭借当今的量子技术，还没有办法绕过这个限制，”巴雷茨说，不过未来可能会发生变化。

竞争不是真正的竞争

巴雷茨对谷歌、亚马逊和微软等财力雄厚的科技巨头最近的一系列公告毫不在意。“这三家公司目前都不是我们的竞争对手，因为他们都是门模型系统，而我们是退火，应用领域也不同，”巴雷茨说道。

尽管如此，巴雷茨还是乐于评价这一群体的相对优势。他说，12月公布的谷歌Willow处理器相当令人印象深刻。“结果非常强劲，”他说。“他们确实证明了它可以减少错误，并且随着门模型量子比特数量的增加，错误减少的效果也会改善。”

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亚马逊在二月份发布的Ocelot芯片“远远不够强大，”巴雷茨说。

至于引发争议的微软Majorana1芯片，“那是一个骗局，”他说。“他们甚至没有展示出一个量子比特，更不用说八个了。”

巴雷茨没有提及IonQ或Rigetti，不过在过去，他曾表示退火优化问题的方法比那些公司的门模型机器更能满足当前市场需求。

这三家公司在现阶段收入都相对较少，因此量子领域的整体仍处于早期阶段。

量子路线图

展望未来，D-Wave的发展路线涉及几个方向。该公司正在研发Advantage3，它将采用一种新的多芯片组合方式，而不是依赖单一芯片。

“到目前为止，重点一直是在每块芯片上增加更多的量子比特，”巴雷茨说道。“有了Advantage3，我们将连接芯片，因为我们相信这样可以让我们更快地扩展规模。想象一下，4000或5000量子比特芯片（组合在一起）一夜之间就能达到20000量子比特，”他说，同时承认这只是给兰廷设定了更高的目标。“特雷弗冷汗直冒，因为他必须交付成果。”

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其他重要的改进包括在基于模拟的退火电路中进行数字计算。

“我们现在能够在这个基于模拟的退火结构内执行一些数字计算，”巴雷茨解释说，“我们认为这将为我们开辟一些增量的应用场景。”

与此同时，“我们也在构建一个门模型系统，”巴雷茨说。“其近期目标基本上是展示高保真量子比特和逻辑量子比特的纠错能力。”

Advantage3和门模型计算机的具体发布时间尚未确定。当被追问时，他说：“我希望今年能在每个方面展示一些证据点，但我们还有大量的工作需要完成。”

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