本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
本周，我在BBC Radio 4上与DWave首席技术官Geordie Rose博士进行了一次有趣的讨论，起因是NASA和谷歌正在投资DWave的“量子计算机”的新闻。 想法是建立一个由NASA和谷歌共同使用的设施，同时也允许学者预约系统时间来尝试新的想法。
我们的电台对话引出了一个重要的问题，这个问题困扰这个主题多年：什么时候量子计算机不是量子计算机？
我首先解释了量子计算背后的理论，以及为什么它们有望实现显著更快的处理速度。 本质上，它依赖于以下事实：虽然传统的“比特”可以是0或1，但量子比特（所谓的qubit）可以同时是0和1（称为叠加）。 如果您可以组合量子比特（称为纠缠），您就可以拥有一个系统，该系统可以处理随着您纠缠的量子比特数量呈指数扩展的值。 与传统编程一样，这些量子比特通过各种逻辑门以实现所需的结果。 因此，这被称为量子计算的“门理论”。
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许多学者，以及越来越多的IBM和微软等大型公司，多年来一直致力于算法、纠错以及创建量子比特的各种技术，范围从光子到离子阱到编织任意子。 迄今为止，我们发现将这些量子比特保持在叠加态并确保它们真正纠缠在一起极其困难。 “退相干”是指量子比特脱离叠加态并仅变为0或1，这是所有量子计算机工程师的祸根。
这种退相干问题促使许多人寻找自然免疫这种效应的方法。 DWave就是其中一个小组。 他们将其处理器基于一种称为量子退火的效应，有时也称为绝热量子计算，该效应最早在2000年被讨论为进行某些计算的可能手段。
正如其名称所示，量子退火过程是一种量子级效应。 在量子比特的尺度上，您可以使用该效应来确定系统的最低“能量”状态。 因此，如果您可以用一个函数来描述一个问题，该函数具有“能量”与某些其他参数的“成本”，则可以找到代表最佳状态的配置。 例如，想想经典的旅行推销员问题，即尝试在城市之间旅行时找到最短路径。 如果您在传统计算机上使用简单的试错法来做到这一点，那么当您达到30个城市时，这将比宇宙的年龄还要长。 使用量子退火，您可以将问题定义为优化任务，这意味着您可以对DWave系统进行编程以计算它。
一个显而易见的问题是，量子退火比传统计算机快多少？ 基于解决特定问题，这个问题在刚刚发表的一篇论文中得到了解答，在该论文中，学者们在解决已知计算难度大的优化问题时，将传统计算机与DWave系统进行了比较。 据报道，在某些情况下，DWave系统速度快数千倍。
因此，我们有一个可以基于量子效应进行有用计算的系统。 它可能不是一些纯粹主义者定义的量子计算机，但它确实有一个巨大的优势：它存在并且可以用来做有意义的工作。 就所有理论而言，基于门理论的量子计算机仍然非常实验性，并且只能聚集少数量子比特。 基于门的量子计算最终会到来； 随着我们走向摩尔定律的终结，投入的资金和对技术的迫切需求意味着这是一个何时而不是是否的问题。 但是，在这段目前长度不确定的旅程中，我们不应该对沿途的机会视而不见。 这可能被证明是一个弯路，但是许多有趣的进展都来自于那些发现这种机会的计算机领域。
那么，DWave的系统是量子计算机吗？ 我认为这是一个错误的问题。 最好问DWave系统是否可以帮助进行一些以前不切实际的计算，在这种情况下，答案是肯定的。
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D-Wave Systems, Inc., Arnab Das, WhiteTimberwolf, Saurabh.harsh
