@ 2013.05.15 , 10:12
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量子计算机终于比普通电脑快上了那么一点点

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量子处理器

Amherst College的计算机科学家进行了一次量子计算机,与普通电脑之间的较量。让人欣慰的是,量子计算机胜出了。不过别高兴太早,胜利并不是那么乐观。

实验室用的量子计算机名为D-Wave Two,包裹里439个量子位。第一代D-Wave诞生于2011年,总价值一千万美金,含有128个量子位。许多物理学家和计算机科学家都不承认这是真的量子计算机。直到去年,同业研究探索了D-Wave的内部运行机制,为其正名后,批评与猜疑才如潮水般退去。

新的研究,证明了D-Wave Two的量子属性,与此同时,它听起来并没有那么神奇。我们老以为量子计算机一出来就要改变世界,可是技术尚不能满足各位的预想。D-Wave使用量子退火法解决优化问题,不过仅仅是优化问题。一台真正的量子计算机,必须使用量子纠缠。

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冷却器与芯片

煎蛋不时会出现有关量子科学的文章,相信老的蛋友对此话题已经很熟悉。现在的技术不允许我们管理两个以上纠缠的量子位。但是量子退火法可以通过低质量的量子位展现。这也是D-Wave能够管理439个量子位的技术关键,不过D-Wave的芯片仍然需要被冷却到解决绝对零度的温度(0.02K, -273.13C),即便在这样的条件下,量子位(循环的铌)依然是变幻无常的,每一个计算都需要进行上千次,确保其精确性。就算折腾了很多,最后结果也不一定就是最优的那个。

用来实验的两台电脑,一台是D-Wave量子计算机,另一台是搭载Intel Xeon E5-2690 CPU的普通电脑(运行Ubuntu Linux 12.04)。PK包含了三个NP困难测试,其中的一项就是旅行推销员问题,计算过程非常艰难,理论上量子计算机应该擅长此项活动。

结果表明,D-Wave的硬件异常强大,比普通的软件计算速度快4000倍,如果加上最新的芯片,计算速度会快上大约1000-倍。不过比较一下价格,就知道为什么原文会有这样一个标题。量子计算机的价格是竞争对手(那台小服务器)的6666倍。如果花上同样的价钱组装一台超级电脑,它也能够达到D-Wave的水准。不过说真的,量子计算机还是前途无限的。本文译自 Extremetech,由译者 燃烧的冰棒 基于创作共用协议(BY-NC)发布。

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# rico 同学的译稿:

阿莫斯特学院的一位计算机科学家进行了一次量子计算机与普通电脑的速度对决,这在世界上还是首次。量子电脑赢了,开心吧?但它只赢了一点点,而且普通电脑要比它便宜6000倍。

参与测试的量子计算机名为D波2号(D-Wave Two),它内含439量子比特。D波公司在2011年推出了第一款民用量子计算机——D波1号,它含有128量子比特,价值一千万美金。D波公司遭到了很多量子科学家和计算机科学家如潮水般的抨击,科学家们认为D波计算机的量子比特并不是真正的量子。在过去的一年里,专家们对D波1号的内部运行机制进行了研究,批评声这才慢慢消退。

阿莫斯特学院的Catherine McGeoch的新研究一定程度上证明了D波2号确实运用了量子技术。但与此同时,她的研究表明D波2号并没法像大家预期那样,以一台多功能量子计算机的姿态颠覆科学界。D波公司的量子计算机采用了量子退火反演技术(一种量子隔热算法)来解决优化问题——说实话,它也只能解决优化问题。而要想成为一台真正的量子计算机,它必须使用量子纠缠技术才行。

你可能也知道,量子纠缠技术对条件要求之苛刻简直令人发指。目前我们的技术水平只够让一两个量子比特相互纠缠几微秒。而量子退火技术只要用质量更差、噪声更多的量子比特就能实现了。D波公司正是利用了这一点,才成功在一间普通办公室(非实验室环境)搭建了一个由439量子比特组成的系统。不过,D波公司的量子比特芯片需要在接近绝对零度(-273.13摄氏度)的环境下运行。而且这些量子比特(由铌环组成)们由于受到外界电磁辐射干扰,它们的状态很不稳定,每次运算必须得重复验算1000次来保证结果的准确。即便如此,这样得到的演算结果仍然不一定是最优的(虽然一般都是)。

在量子vs普通计算机竞速大赛上,科学家把三个NP(非确定性多项式)难题分发给了多个系统:纯硬件,硬软件混合体,以及纯软件。纯硬件是D波2号计算机,它具有一个Vesuvius 5芯片(439量子比特);硬软件混合体是Blackbox系统,它采用Vesuvius 5芯片和软件的混合体进行运算。软件则是在一台因特尔Xeon E5-2690 CPU电脑(操作系统是Ubuntu Linux 12.04)上运行的三个计算软件 ——CPLEX, METSlib Tabu和Akmaxsat。

NP优化难题的经典例子就是旅行推销员问题:假设一个推销员需要从香港出发,经过广州,北京,上海,…,等 n 个城市, 最后返回香港。 任意两个城市之间都有飞机直达,但票价不等。假设公司只给报销 C 元钱,问是否存在一个行程安排,使得他能遍历所有城市,而且总的路费小于 C?电脑必须在这些城市路线之间找到花费最小的路线。这种计算对电脑来说通常很困难,但从理论上说,量子计算机应该能更快地解决此类问题。

结果表明,当我们让纯硬件解决NP难题时,D波系统大概比普通电脑快了4000倍。在硬软件结合的情况下,Blackbox系统会把问题化整为零,让Vesuvius芯片能够理解。它的计算速度与普通的计算软件相比,只能持平或略好。科学家也对D波公司最新的芯片Vesuvius 6进行了简单测试,发现它会比软件快大概10000倍。

这样的结果带来了更多的新疑问。我们仍然不确定D波芯片的工作原理,不知道我们是否已经让它物尽其用。我们也不知道,和模拟量子退货计算的软件比起来,D波芯片是不是真有优势——或许软件和硬件的速度其实差不多。最后,我们必须牢记,这些软件运行的电脑价值1500美元,而D波2号大概值一千万美元,比普通电脑贵了6666倍。有一千万美元的话,你不如去组装一台超级电脑,它不仅能比D波2号算得更快,而且还能运行普通软件呢。


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TOTAL COMMENTS: 48+1

  1. 1955272

    沙发?

    [5] XX [31] 回复 [0]
  2. 胡来
    @5 years ago
    1955274

    二楼?

    [7] XX [25] 回复 [0]
  3. 1955276

    反正是不懂的高科技

    [44] XX [10] 回复 [0]
  4. 1955278

    终于质变引起量变了

    [25] XX [6] 回复 [0]
  5. 进击のioio
    @5 years ago
    1955280

    量子计算机用来模拟人工智能指日可待了!

  6. 渡鸦千谣
    @5 years ago
    1955282

    20年后就会开始普及了吧。。

    [29] XX [6] 回复 [0]
  7. 金星
    @5 years ago
    1955284

    不明觉厉……
    是说性价比很低吗?嗯,土豪福音……

  8. tentacle
    @5 years ago
    1955288

    我要求推广量子计算机之前首先推广量子混淆的概念。这样我们再修电脑的时候碰上[哔–]透顶的问题就可以以一句“哦,这是量子混淆了。”来还击了

    [85] XX [8] 回复 [0]
  9. 1955290

    同学你知道自己在翻译什么吗..

    [279] XX [4] 回复 [0]
  10. 源自西奈
    @5 years ago
    1955292

    你好小编!

  11. 相对的失去
    @5 years ago
    1955296

    头条:量子计算机已经超越了世上所有的电脑了
    记者写到

    [32] XX [1] 回复 [0]
  12. 1955298

    如果这个能解决散热问题的话,那可就好玩了

  13. 毛瓜子先生
    @5 years ago
    1955302

    所以呢,学美国用XBOX主机搭建服务器阵列是各国科学家最明智的选择。

  14. sealknight
    @5 years ago
    1955352

    感觉上退火算法也不算特别优秀啊,我觉得解决NP问题的最好方法就是云计算……量子计算机处理这问题…太过遥远了吧

    [2] XX [23] 回复 [0]
  15. 1955370

    世界蛇

  16. 燃烧的冰棒
    @5 years ago
    1955388

    @Viaxl:

    小编的物理是体育老师教的,所以不要问我这种问题。

  17. 1955402

    不明觉厉

  18. 神奇约翰尼
    @5 years ago
    1955428

    哦,我只看到了纠缠和退火~~~

  19. hdragon627
    @5 years ago
    1955456

    放弃量子吧,开发生物计算机吧

    [4] XX [10] 回复 [0]
  20. Heracles
    @5 years ago
    1955468

    搭载Intel Xeon E5-2690 CPU的还是普通电脑啊。。。。

  21. 没什么
    @5 years ago
    1955478

    解决绝对零度的温度。。。温度的自相残杀

  22. 1955542

    只是optimization problem而已,其他的问题反而会因为他的不确定性而完全没法做reliable的软件。
    你敢用他跑股票交易系统么?跑一千次看一下对还是不对?我觉得不太现实吧。

    [4] XX [10] 回复 [0]
  23. sealknight
    @5 years ago
    1955610

    @Mike: 可以跑预测股票走势的分析系统……

  24. 1955614

    至强 e5-2690 12k 一颗

  25. 莫熊熊
    @5 years ago
    1955768

    三体党呵呵一笑。果然还是因为智子的封锁吗?

    [9] XX [19] 回复 [0]
  26. 猫的摇篮
    @5 years ago
    1955822

    比就比,sui怕sui! 只差一点点距离,一点点距离!————《摩的大飙客》

  27. 1955868

    终于全部看完了,装B成功

  28. 1955874

    尝试自翻:

    阿莫斯特学院的一位计算机科学家进行了一次量子计算机与普通电脑的速度对决,这在世界上还是首次。量子电脑赢了,开心吧?但它只赢了一点点,而且普通电脑要比它便宜6000倍。

    参与测试的量子计算机名为D波2号(D-Wave Two),它内含439量子比特。D波公司在2011年推出了第一款民用量子计算机——D波1号,它含有128量子比特,价值一千万美金。D波公司遭到了很多量子科学家和计算机科学家如潮水般的抨击,科学家们认为D波计算机的量子比特并不是真正的量子。在过去的一年里,专家们对D波1号的内部运行机制进行了研究,批评声这才慢慢消退。

    阿莫斯特学院的Catherine McGeoch的新研究一定程度上证明了D波2号确实运用了量子技术。但与此同时,她的研究表明D波2号并没法像大家预期那样,以一台多功能量子计算机的姿态颠覆科学界。D波公司的量子计算机采用了量子退火反演技术(一种量子隔热算法)来解决优化问题——说实话,它也只能解决优化问题。而要想成为一台真正的量子计算机,它必须使用量子纠缠技术才行。

    你可能也知道,量子纠缠技术对条件要求之苛刻简直令人发指。目前我们的技术水平只够让一两个量子比特相互纠缠几微秒。而量子退火技术只要用质量更差、噪声更多的量子比特就能实现了。D波公司正是利用了这一点,才成功在一间普通办公室(非实验室环境)搭建了一个由439量子比特组成的系统。不过,D波公司的量子比特芯片需要在接近绝对零度(-273.13摄氏度)的环境下运行。而且这些量子比特(由铌环组成)们由于受到外界电磁辐射干扰,它们的状态很不稳定,每次运算必须得重复验算1000次来保证结果的准确。即便如此,这样得到的演算结果仍然不一定是最优的(虽然一般都是)。

  29. 1955878

    (汗,上一段复制错了,这才是译文的后半部分)

    在量子vs普通计算机竞速大赛上,科学家把三个NP(非确定性多项式)难题分发给了多个系统:纯硬件,硬软件混合体,以及纯软件。纯硬件是D波2号计算机,它具有一个Vesuvius 5芯片(439量子比特);硬软件混合体是Blackbox系统,它采用Vesuvius 5芯片和软件的混合体进行运算。软件则是在一台因特尔Xeon E5-2690 CPU电脑(操作系统是Ubuntu Linux 12.04)上运行的三个计算软件 ——CPLEX, METSlib Tabu和Akmaxsat。

    NP优化难题的经典例子就是旅行推销员问题:假设一个推销员需要从香港出发,经过广州,北京,上海,…,等 n 个城市, 最后返回香港。 任意两个城市之间都有飞机直达,但票价不等。假设公司只给报销 C 元钱,问是否存在一个行程安排,使得他能遍历所有城市,而且总的路费小于 C?电脑必须在这些城市路线之间找到花费最小的路线。这种计算对电脑来说通常很困难,但从理论上说,量子计算机应该能更快地解决此类问题。

    结果表明,当我们让纯硬件解决NP难题时,D波系统大概比普通电脑快了4000倍。在硬软件结合的情况下,Blackbox系统会把问题化整为零,让Vesuvius芯片能够理解。它的计算速度与普通的计算软件相比,只能持平或略好。科学家也对D波公司最新的芯片Vesuvius 6进行了简单测试,发现它会比软件快大概10000倍。

    这样的结果带来了更多的新疑问。我们仍然不确定D波芯片的工作原理,不知道我们是否已经让它物尽其用。我们也不知道,和模拟量子退货计算的软件比起来,D波芯片是不是真有优势——或许软件和硬件的速度其实差不多。最后,我们必须牢记,这些软件运行的电脑价值1500美元,而D波2号大概值一千万美元,比普通电脑贵了6666倍。有一千万美元的话,你不如去组装一台超级电脑,它不仅能比D波2号算得更快,而且还能运行普通软件呢。

    [10] XX [2] 回复 [0]
  30. 燃烧的冰棒
    @5 years ago
    1955960

    @rico:
    大神,有这闲工夫就勇敢的投稿吧!你一定会成为金牌小编的。
    我昨天忙了一天,半夜随便弄。我的目的是为大家分享一些有意思的新闻,并且仅此而已
    要么火星私信一下,以后遇到这种有意思的稿件,我先发给您?

  31. 1955974

    @rico: cOOL

    我补充进去

  32. 燃烧的冰棒
    @5 years ago
    1955988

    @rico:
    话说看到了要联系啊,以后量子物理的稿件给你呀,正好你可以来一个量子物理专栏,大神快出现吧,煎蛋需要你。

  33. liujiangxd
    @5 years ago
    1955994

    一直以为量子计算还是个概念性的东西呢,想不到已经有实物并且可以和传统计算机向较量了。相信不超过10年就会渐渐走入普通家庭了吧?说道这点,异常的愤怒了。尼玛我们的网络是怎么回事?能把10m普及了吗?

  34. 游弋的清风
    @5 years ago
    1956036

    总之是计算机吧,话说玩游戏卡不卡??

  35. celeron533
    @5 years ago
    1956050

    【比普通的软件计算速度快4000倍,如果加上最新的芯片,计算速度会快上大约1000-倍】
    -倍
    明显是打错了

  36. 金魚佬伯伯
    @5 years ago
    1956070

    439个量子位?感觉芯片本来有512个量子位的不过良品率不行有73个挂掉了只能屏蔽运行·····

  37. 好色猴子
    @5 years ago
    1956178

    很好,现在我要去上一趟量子厕所了

  38. 1956360

    再过个20年,擦~~还是逃不过做成手机的命运。。。

  39. patchy
    @5 years ago
    1956534

    最后一张图让我想到了质量效应里的blue-box(量子蓝盒,质量效应中的量子计算机),除了颜色是黑色的其它都很像(尤其是发蓝光的线)

  40. 川农小神兽
    @5 years ago
    1956554

    第四段 不过D-Wave的芯片仍然需要被冷却到解决绝对零度的温度(0.02K, -273.13C) 解决应该是接近吧?

  41. 1956614

    D波公司 是个好名字

  42. Sperber
    @5 years ago
    1956926

    生产力发展了成本自然就低了,到时候量子才好用

  43. 1957040

    天网不远了

  44. Aldebaraner
    @5 years ago
    1961368

    小编辛苦啦

  45. Newark驰爸爸
    @5 years ago
    1968306

    智子难道没有把科技锁死么

  46. 小小楠
    @5 years ago
    1972664

    我错过了第一二三次的工业革命,但是我等来了第四次工业革命。。。我是学电子的,看到了未来的希望,革命带来发展,带来无限的希望。。。

    [18] XX [2] 回复 [0]
  47. 一妙步
    @2 years ago
    2866468

    如果所谓的基本粒子大小在10的负一兆兆兆……(接近无穷),这就好比数学上定义一厘米内的点是无穷的概念一样,一米或一千米构成的点都是无穷时,追根到底就没有意义了,或者人类到宇宙毁灭时仍解决不了那个无穷小到底有多小,那人类出现在宇宙的意义是什么?为何一定要有意义呢?只是一个概率偶然而已,迷迷糊糊的人类终究不过是宇宙中蝼蚁般不值得一提的过客,那么多的追求意义和价值的东西只是打发无聊时间的填充物,我终究要说什么呢?难道一定要给个结论,结论就是没有结论,或者……乱了,沾沾自喜的,苟且偷生的……为的只是给后来的一点启示和力量,然后变成尘埃……

  48. 中国板块吗
    @2 years ago
    3150759

    量子计算机的核心为啥是cpu?怎么非得往计算机上发展,不能发展点别的吗,纠缠是不是纠结的歇意呀。散热的解释倒是新鲜,退火。
    核电站的原理跟量子的原理都解决成计算机的话。还是挺期待量子计算机的,量子卫星七月发射,再过五十年美国可以产生现实版金刚狼是否和量子计算机有关系,虚拟世界是否也是。
    其实原理也许最简单的二进制就可以表示,但是架构一个新原理却需要很多的波折。
    不明觉厉

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