日本新研高速计算机实为量子退火机,量子计算强大仅是理论预测

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日前,据日媒报道,日本国立情报学研究所等机构证实,其开发的、采用新计算土方法 的高速计算机,拥有超过现有量子计算机的性能。这台计算机名为“Coherent Ising Machine”,其设计目的是为快速处置组合优化哪几种的问提。

这台新计算机的性能真能超过现有量子计算机吗?为此,科技日报记者采访中国科学院量子信息重点实验室教授韩正甫得知,原本,这台计算机都是传统的量子计算机,什么都 四种 专用量子计算机,又被称为量子退火机,或被称为量子模拟机。

“准确地说,这台计算机是日本科研人员用光学器件构成的量子退火机,和加拿大D-Wave公司用超导器件构成的量子退火机倒入一同比较,日本的量子退火机在其他指标上相对优越。”韩正甫说。

新研高速计算机实为量子退火机

量子计算机是利用量子力学原理进行运算的计算机,其被视作计算速率远超现有计算机的“梦幻设备”。“当前,量子计算业界的目标是,打造一款通用的量子计算机:它不仅能处置任何运算哪几种的问提,其运算速率还能超越当今最快的超级计算机。”韩正甫介绍道。

实际上,量子计算的概念早在上世纪500年代就已被提出,其基础理论也在上世纪90年代和本世纪初得到突破,但真正意义上的通用量子计算机却迟迟没办法 问世。

“研发通用量子计算机的难度非常大,目前仍未有重大突破。”韩正甫说,什么都 一每种科学家另辟蹊径,研发技术难度相对较低的专用量子计算机,即量子退火机。

退火的概念源于金属加工领域,是指给金属升温,使其温度高于再结晶温度并维持一段时间,再将其缓慢冷却。所谓量子退火,什么都 当缓慢地调控量子的微观体系时,量子情況也会随之居于细微的变化,最后趋于能量最低的基态。这与金属退火哪几种的问提很类似于,故相关量子计算机被称为量子退火机。

“这方面的典型代表是加拿大的D-Wave公司,我们我们 我们我们 基于超导器件,构发明者者量子退火机,并能运行其他特定的算法,哪几种年得到了比较多的关注。”中国科学院量子信息重点实验室副教授涂涛说。

受到加拿大D-Wave公司成功经验的启发,原美国斯坦福大学教授山本(Y.Yamamoto)回到日本,与日本电信电话株式会社和日本国立情报学研究所的日本同事一同研发日本的量子退火机。

“与加拿大D-Wave公司采用超导器件不同,日本的研究组采用了我们我们 我们我们 熟悉的光学技术。”韩正甫说。

日本山本课题组于2016年在《科学》杂志以《全联通、可编程的5000个自旋的Coherent Ising Machine》为题,报道了我们我们 我们我们 的5000个自旋的量子退火机。接着近年来不断发表相关文章,其量子退火机的自旋数目,也从5000个增加到116万个。

日前,山本课题组在《科学》子刊《科学进展》杂志以《实验比较Coherent Ising Machine和量子退火机的性能》为题,报道了我们我们 我们我们 的116万个自旋的Coherent Ising Machine,并与加拿大D-Wave公司的5000个自旋的量子退火机进行比较,指出前者性能在其他指标上更优秀。

计算性能排名学界尚无定论

涂涛表示,量子退火机固然受到关注,原因分析分析你这人 计算机能快速求解组合优化哪几种的问提,而这正是“机器学习”“层厚学习”等计算处置技术要处置的本质哪几种的问提。

组合优化哪几种的问提是指,给定其他约束条件,寻找某个多变量目标函数的极小值,你这人 极小值也被称为全局最优解。通常情況下,找到全局最优解非常困难,往往并能找到局部最优解。组合优化哪几种的问提在现实生活中很常见,如货物运输并能 寻找最优路径、或分配一定量人员时寻求最优调度等。

“从计算科学层厚来讲,寻找全局最优解的计算难度,随着哪几种的问提规模增大而提升。”涂涛说,哪几种的问提规模变大后,组合优化哪几种的问提就会跳出 更多变量,这时目标函数也会变得更比较复杂,原因分析分析会跳出 一定量局部极小值点,使找到全局极小值变得异常困难。

韩正甫告诉记者,一般通用量子计算机难以处置你这人 哪几种的问提,若挑选现有电子计算机求解组合优化哪几种的问提,则需离米 非常长的时间。然而,利用量子退火机,可在另有一个单次周期内处置哪几种的问提,耗时相对较短。

对于日媒提出的“采用新计算土方法 的高速计算机拥有超过现有量子计算机的性能”你这人 说法,天津大学计算机科学与技术系教授曲日表示,在理论上,目前学界还未证明量子计算、经典计算、Coherent Ising machines,哪另有一个就一定比其他另有一个更有优势。“并能说,以一般的学术观点来看,日本科研人员在Coherent Ising machines量子计算模型上,针对特定哪几种的问提,发现了比经典计算机现有算法更优秀的算法,即计算比较复杂度更小的算法。”曲日说。

量子计算强大仅是理论预测

没办法 ,同样是用量子退火的土方法 ,相比加拿大D-Wave公司的量子退火机,日本研制出的机器,其性能领先在哪儿?

目前,加拿大D-Wave公司构建量子退火机所利用的超导器件,其可控的量子位数目为5000个。与之相比,日本所用的光学器件,其可控的量子位数目已达116万个。原因分析分析后者量子位数目更大,因而可处置更比较复杂的哪几种的问提;一同,后者底层器件是光学器件,与加拿大D-Wave公司的超导器件相比,机器不让低温环境存放,稳定性高、可控性好。

涂涛告诉记者,除了量子计算机、量子退火机,还有其他被寄予厚望的“后补选手”,它们个个“身手不凡”。

类似于,超导磁通器件,其可取代传统的半导体器件来构成超导计算机。它的优势在于低能耗,有望应用在超级计算机等高能耗领域。再如,非线性光学器件,其可取代传统的半导体器件,来构成光计算机。它的优势在于光学模式数较多,有望应用于并行计算领域。除此之外,还有被誉为“变形金刚”的拟态计算机,以及以生物形式打造的DNA计算机等。

“在传统计算机的基础上,下一代计算机逐渐向大数据、人工智能、移动互联网、云计算等方向发展,哪几种构成了我们我们 我们我们 目前计算技术的主流发展方向,相关技术有的甚至原因分析分析应用在日常生活中。”曲日表示,还有其他新的计算土方法 ,目前还居于实验室研究阶段,离我们我们 我们我们 的现实生活有很长的距离。

迄今为止,世界上还没办法 真正意义上的量子计算机,但世界各国科学家正以极大的热情,努力实现你这人 梦想。

“量子计算机使计算的概念焕然一新,这是量子计算机与其他计算机,如光计算机、生物计算机等的不同之处,其作用远不止是处置其他经典计算机无法处置的哪几种的问提。”韩正甫表示,“我们我们 我们我们 说量子计算机计算能力强大,目前还什么都 从理论上给出的预测。至于量子计算机究竟能跑出何如的成绩,目前还不得而知。”

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