量子計算機的領(lǐng)頭公司D-Wave預(yù)計將在2023或2024年發(fā)布下一代量子計算機系統(tǒng)Advantage2的正式版。今年六月，D-Wave已經(jīng)在Leap量子云系統(tǒng)上發(fā)布了Advantage2的原型機。D-Wave稱，屆時7000量子比特計算機將成為世界上功能最強大的量子計算機。

量子計算機與傳統(tǒng)計算機有很大不同。傳統(tǒng)計算機打開晶體管表示數(shù)值1，關(guān)閉晶體管表示數(shù)值0，這是兩種互斥狀態(tài)。但是量子計算機可以同時表示0和1兩個數(shù)值。這是由于量子物理的特性，每個量子比特會存在一種疊加狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，每個量子比特的本質(zhì)是1又是0，所以每個量子比特可以一次性進行兩次計算。量子比特糾纏得越多，量子計算機的能力就越強。

建立量子計算機的標準方法，稱為門模型（gate model），涉及在電路中排列量子比特，并使它們以固定順序相互作用。相比之下，位于加拿大不列顛哥倫比亞省的本拿比D-Wave公司長期以來一直專注于所謂的退火量子計算機（annealing quantum computers）。這些機器通過緩慢冷卻找到最低能量狀態(tài)，就像金屬和晶體有時被回火以最小化缺陷一樣。然后，量子退火機從一組量子比特開始，這些量子比特在其最低能量狀態(tài)（稱為基態(tài)）的相互作用代表了研究人員編程要解決的特定問題的正確答案。

實驗物理學(xué)家、D-Wave量子退火產(chǎn)品負責(zé)人Emile Hoskinson說：“退火量子計算機通常應(yīng)用于解決優(yōu)化問題。退火量子計算機可以從所有可能的情況中找到最佳解決方案，例如繪制出從A點到B點的最快路線?！?/p>

例如，想象一下，以在室外空間尋找最低點為例，傳統(tǒng)的計算機可能會在表面上找一個隨機點，然后以這個點為基準，四處尋找比這個點更低的點，直到再也找不到更低的點為止。但是通過這種方法，計算機找到的通常只是局部最小值。而退火量子計算機可以在表面上同時找很多個點，以這些作為基準，減少結(jié)果出現(xiàn)局部最小值的幾率。

成立于1999年的D-Wave自稱是世界上第一家量子計算機的商業(yè)供應(yīng)商。該公司一直備受爭議，多年來，許多批評人士質(zhì)疑其機器是否比普通電腦更強大。

盡管如此，多年來，D-Wave一直在客戶群中占有一席之地。2011年，它向洛克希德·馬丁公司出售了其第一個量子計算系統(tǒng)128-qubit D-Wave One，并將其512-qubit D-Wave Two交付給2013年與谷歌和大學(xué)空間研究協(xié)會合作推出的美國宇航局量子人工智能實驗室。

Hoskinson說，當(dāng)D-Wave的Advantage2明年或后年上線時，它將成為世界上功能最強大的退火量子計算機。現(xiàn)在，該公司正在發(fā)布Advantage2的一個實驗原型，該原型具有全尺寸產(chǎn)品的所有核心功能，可供測試。

Hoskinson說：“我們擁有廣泛的企業(yè)客戶，如大眾、Save on Foods、Denso、豐田、BBVA、NEC、埃森哲和洛克希德·馬丁公司，在資源調(diào)度、移動性、物流、藥物開發(fā)、投資組合優(yōu)化、制造過程等多個領(lǐng)域建立了數(shù)百個早期量子應(yīng)用程序。我們希望Advantage2可以用于解決更復(fù)雜的問題。當(dāng)我們談?wù)摻鉀Q更廣泛的問題時，我們的意思是改進的技術(shù)可以解決更大、更復(fù)雜的問題，并且覆蓋不同垂直領(lǐng)域更廣泛的用例。它將解決與以前相同的問題，但卻更好更快。”

該原型擁有500多個超導(dǎo)通量量子位。量子比特的新設(shè)計實現(xiàn)了D-Wave所稱的Zephyrtopology，它支持20路量子比特間的連接，而該公司上一代只有15路。

Hoskinson說：“用一個類比來說明連接的重要性是一個社會網(wǎng)絡(luò)，在這個網(wǎng)絡(luò)中，影響和交互的復(fù)雜性隨著節(jié)點之間連接的數(shù)量而增加。復(fù)雜性可以表示問題的大小，例如變量的數(shù)量、約束等。如果特定業(yè)務(wù)由于業(yè)務(wù)需求（如更改時間表、供應(yīng)鏈依賴性等）需要快速解決，那么這會使問題更加復(fù)雜。我們看到了Advantage2在此種情況下的優(yōu)勢，解決了這兩種類型的復(fù)雜用例?！?/p>

新的量子比特設(shè)計還支持更高的能量標度，這使得量子比特不易受到熱波動的破壞。這反過來又降低了量子計算中的錯誤率。

該公司指出，在測試中，當(dāng)原型的量子位按其標準的“本機”拓撲結(jié)構(gòu)排列時，與Advantage相比，它在高達89%的情況下找到了更好的解決方案。當(dāng)涉及到需要更大的量子比特連接的問題時，多個量子比特可以通過一種稱為嵌入的策略連接在一起，Advantage2更大的量子比特連接使原型在高達82%的此類問題中找到了比Advantage更好的質(zhì)量解決方案。

“許多商業(yè)上有趣的問題需要嵌入，”Hoskinson說，“有了新的Advantage2 Zephyr拓撲結(jié)構(gòu)和更大的能量規(guī)模，我們看到了本地和嵌入式問題的性能改進。”

Hoskinson表示，“D-Wave最初并不打算公開其原型，但鑒于早期的積極成果，我們希望現(xiàn)在將其交給開發(fā)者和研究人員進行探索和學(xué)習(xí)。從而在我們邁向最終的全面Advantage2量子計算機的過程中，最大限度地提高商業(yè)應(yīng)用程序的性能?！?/p>