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谷歌公司推出的量子计算机仍有争议

来源:机房360 作者:Harris编译 更新时间:2015-12-14 7:03:03

摘要:也许(少数)反对者一直是错的:谷歌最近宣布其D-Wave量子计算机的性能远远超过传统计算机的性能测试结果。那么,人们对量子计算机的推出为什么没有那么欢欣鼓舞呢?为什么不庆祝这个具有革命性的设备的产生,并上报纸的头条,刊出例如“NASA和谷歌推动量子计算的技术飞跃”,或者“谷歌的量子计算机可以秒杀普通电脑”之类的标题?现在有几个理由要人们对其保留自己的判断。

    也许(少数)反对者一直是错的:谷歌最近宣布其D-Wave量子计算机的性能远远超过传统计算机的性能测试结果。那么,人们对量子计算机的推出为什么没有那么欢欣鼓舞呢?为什么不庆祝这个具有革命性的设备的产生,并上报纸的头条,刊出例如“NASA和谷歌推动量子计算的技术飞跃”,或者“谷歌的量子计算机可以秒杀普通电脑”之类的标题?现在有几个理由要人们对其保留自己的判断。
  
  D-Wave:人们并不陌生的争议
  
  D-Wave公司声称多年来一直致力于生产的量子计算机。今年8月,D-Wave公司发布了题为“宣布D-Wave2X量子计算机”新闻稿。当然,该公司并没有声称其已经实现了一个“通用”的量子计算机,大多数人认为这是他们未来潜在的技术故事。D-Wave公司宣称其产品实现了所谓的量子退火。这里不打算讨论其技术细节,因为这真的是不相关的。
  
  那么什么是相关的,但是,对D-Wave量子计算机产品的检测一直持续不断,有人称其性能相对于传统计算机并没有真正的优势,只是其“量子”的方式让读者感到深奥。例如,据2014年的一家媒体的报道,“新的研究表明,由加拿大公司D-Wave系统公司出售的商用量子计算机并不比办公桌上的电脑更快。”
  
  对于外行的问题,相当多的人并不精通量子力学和计算机算法理论,因此通过记者解释技术问题几乎是不可能的。读者只能根据印象作出自己的判断。在传统计算的世界中,通过对比,这些争议是不太重要的。当然,也有关于x86服务器芯片比ARM服务器芯片的一些争论,但在一个典型的赞成或反对的论点提出的数据是相当熟悉的。即使有细微差别,如性能与功耗,一般的用户通常可以做出一些评价。这是量子计算的“模糊性”(不止一个方面),使这个主题难以定位,因此对未来的量子革命,容易出现各种预测的情况。
  
  直接得到一些东西
  
  超音速战斗机肯定要比经济型轿车更快。那么人们还等什么,对不对?经济型轿车的售价为不过为1万美元左右,而一架喷气式战斗机的成本至少为1亿美元,如果你考虑采用F-35,那么其速度应该对应的是其价格的1000倍。更不用说飞机的燃料,维修,仓储费用等等。但是,这与量子计算机有什么关系?
  
  那么,考虑媒体ZDNet的报道,“谷歌表示,其D-Wave2X量子计算机比传统PC要快1亿倍。”假设这是真的。那么是D-Wave2X与普通的台式机的价格溢价是什么(比如,惠普公司的Pavilion电脑)?虽然不容易获得定价,人们推测这是至少1000倍的差别,如果不是更多。此外,惠普Pavilion电脑工作在华氏80度。在D-Wave2X尝试的工作温度低于15毫开,接近绝对零度,比星际空间的温度还要寒冷180倍。在这种情况下,其单独的配套基础设施的运营成本将低于来一台正常运行的台式电脑的成本。因为其功耗极低,量子处理器的工作功耗还不足一微瓦。
  
  量子计算的功耗
  
  D-Wave2X量子计算机能够比传统计算机更快的、使用相对更少的功耗来完成相同的计算任务。不过量子计算到底能节约多少功耗目前还是个迷。
  
  现在,D-Wave的设备能够在不增加功耗的情况下,增加计算的量子比特。这是因为他们的D-Wave机的物理架构中使用的铌环超导工作温度为15毫开(millikelvin)也就是摄氏-273度。所以目前D-Wave的主要功耗开支都放在了冷却设备的运作上,只有将温度降低到低于25毫开左右时,D-wave的大部分硬件才能开始进行工作。而量子处理器的功耗不值得一提,这与现在的巨型计算机相反,其大部分功耗用在冷却设备上。
  
  量子处理器的工作功耗还不足一微瓦,与冷却设备的功耗相比简直九牛一毛。而google实验室安装的最新的1000-qubit级的D-wave2x量子计算机的计算能力比上一代提升了约一倍,不过要计算整个系统的功耗还是要包括冷却设备,不过整体的功耗可能在未来的若干代都不会有所提升,即便是计算量提升到几千个量子比特。
  
  因为即便是量子处理器的功耗继续增加,对冷却设备的的工作影响也不会太大,差不多目前的冷却设备暂时无需更新。
  
  因此,即便D-wave的计算能力持续增加,总功耗在短期内也不会有所改变。不过总的来说,量子计算机的计算功率并不比目前的计算机好,在完成差不多计算量的任务时,大量的能耗被花在了冷却设备上。
  
  数据中心运营商已经认识到绝对性能和性能功耗之间的重要区别。这种差异是推动ARM与X86争夺服务器的核心处理器,ARM的竞争优势不是其超高的绝对性能,而是更高效的性能。实现这一任务无关紧要的,其关键是能源和经济效率的关键指标。所以,即使D-Wave量子计算机与台式电脑解决了一些计算问题,但其将输在市场竞争上,因为其成本和复杂性很高,同样的资金可以购买并经营一个相当好(或更好)的计算系统。
  
  此外,在ZDNet刊载了一些关于谷歌结果预选赛的文章。例如,谷歌的量子人工智能实验室主任哈特穆特•内文表示,“虽然这些结果是有趣和非常令人鼓舞的,将量子增强优化转化为实用技术还有更多的工作。下一代退火的设计必须考虑加入实际意义的问题的。因此,量子计算机可以计算打败目前的电脑也许很有趣,但其缺乏价值。”内文还补充说,“对于量子计算机显著的运行收益,我们发现机器智能的相关任务的相关商业问题是很乐观的。”毫无疑问,也有一些研究人员对飞行汽车、冷聚变和虚拟现实等技术的商业意义继续乐观。
  
  矛盾的研究
  
  麻省理工学院教授,理论计算机科学家斯科特•阿伦森指出,该文件列举D-Wave2X这些看似惊人的成果,其实并不是如此。例如,在其文件摘要部分说,“更多的工作是需要把量子增强优化成一个实用的技术。”一些人可能会问,“这个技术有什么好处?”“有些技术可能会出现,具备有趣的抽象属性,但没有任何实际应用是不够的。例如,材料领域的石墨烯就面临这样的困境。
  
  阿伦森说,“我还不知道通用量子计算机什么时候能够投入实用。”他不否认D-Wave2X目前的价值,也不认为量子计算机是不可能或将不实用。然而,他只是试图淡化人们对量子计算机的炒作。未来的测试可能会证明谷歌的结果,会反驳人们的看法或只是表明人们的想法太过狭隘。然而,推出D-Wave2X的目标可能已经完成:刊载的一个大标题吸引人们对其产品的兴趣,无论其是“真正的”量子计算机。
  
  结论
  
  革命性的技术往往会在事后才成功的,但那些提前进行宣传的事物却很容易失败。量子计算技术多年来一直位列技术预测的名单,而现在推出D-Wave2X也许是在抢风头。而由谷歌运行D-Wave2X装置测试结果似乎表明,量子计算不是炒作,而是让人们不要对其忽视。此外,最根本的问题在于,D-Wave公司的量子计算机尚未能够击败实际意义上的传统计算机。也就是说,量子解决方案其成本还不能与传统的解决方案相比。就像一台运行速度快,程序非常复杂的电脑,其成本很高,而传统的电脑虽然速度慢,但简单方便,成本较低,人们会采用哪个电脑?在尊循摩尔定律的情况下,这种情况涉及的不仅仅是采用哪种技术,更重要的是其经济性。
  
  量子计算相关介绍
  
  其实量子计算是一种依照量子力学理论进行的新型计算。D-Wave计算机是一种称为“量子退火算法计算机”的专业设备,工作原理是探索能量景观中的山峰与低谷,这些能量景观对应着它要解决的问题。目标是到达能量景观中的最低点,该点对应着最好的解。一种称为量子隧穿的性质让D-Wave能通过隧道快速穿越能量景观中的山峰,从理论上说,能更加快速地获得答案。其实你们还是不知道是什么对不对?但就是觉得很叼对不对?
  
  依据媒体的解释,在传统计算机领域,电路或开或关,并使用“0”和“1”二进制码解决问题。而量子计算机使用的基本元素被称为量子位,其电路同时以各种可能状态存在,极大增强量子机械的处理能力。量子计算科学的技术性很强,简单来说,就是一台计算机在使用二进制体系的传统计算机中超速运行,它对解决当前存在的“优化问题”特别有用,可以在大量可能选项中找到最佳解决方案。
  
  量子计算主要有三个优点:其一,计算能力要比经典计算要强。其二,量子计算机的速度要快得多。其三,更加节能。
  
  这一技术的先进性和实现之后带来巨大的价值,使得科技巨头们不遗余力去开发,这其中谷歌最具有代表性。
  
  编辑:Harris

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