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量子计算机即将到来？
kaikai 2011-05-29 16:43:49
D-Wave应用一种称之为“量子退火”的技术使得量子计算机应用中，量子态不受扰动这一最困难的步骤有望解决。这使得商业化量子计算机的真正到来的时刻更近了一步。
这是我们第一次可以揭密并展示D-Wave的这台设备，是如何驾驭量子力学来解决问题的。
首席技术官乔迪•罗斯说道。
D-Wave是一家从英国哥伦比亚大学独立出来的公司，2007年时就因大胆宣布他们已经制造出世界上第一台商用量子计算机上过头条新闻。因难于展示该计算机究竟是如何基于量子特性工作的，当时很多人对D-Wave的声明表示怀疑。但是他们之后继续为驾驭量子计算巨大能力这个挑战性的目标而工作着。

一般来说，传统计算机采用的是0与1的二进制计算，二进制很容易以电路的开与关，或者高电平与低电平表示。而量子计算则用一个个量子态代替了传统计算机的二进制计算位，称之为“量子位”(qubit)。量子态除了以正向和反向自旋代表0与1外，还存在两者之间的多种状态，称之为“叠加态”，这使得同时计算能力比传统计算机有极大的提升。但是一直以来最大的问题在于，量子计算机的核心，即用于运算的量子态本身极易受到扰动，使得计算过程和结果报废。所以关键就在于如何找到一种方法，使得量子系统不受外界因素的扰乱。
D-Wave的研究表明，一种称之为“量子退火”的技术，能够用以找到8个超导量子位的基态，使之不被分子热运动或者噪音扰乱。许多复杂的问题最后都归结为寻找一个相互作用的自旋系统的基态，而量子退火则已经有望解决一些形式的复杂问题了。
为实现量子退火，研究人员首先调整8个量子位，使其排成一列。由于量子自旋会产生有方向性的磁场，研究人员得以让每一个量子位的磁场和它左右相邻的两个保持同一方向（向上或者向下）。然后，研究人员把两端的量子位调整为反向，并允许中间6个量子位根据它们各自相邻的另外两个，重新调整自旋方向。由于外力强制了那两个量子位反向旋转，这一调整过程最终变成一个“受阻”的磁体阵列。然后，通过向同一方向倾斜量子位并升高能垒，研究人员最终使得该系统导向了一种特殊的受阻自旋阵列，即为基态。
量子位可以通过两种方式改变自旋方向：通过量子力学隧道机制，以及通过经典热运动的性质。由于加热会破坏量子位的量子性质，研究人员必须展示一种纯粹通过量子隧道效应，使得自旋反转的方法。他们对系统施以激光冷却，直到隧道和热运动导致的转换都已经停止，量子位被“冻结”。通过在不同温度下重复这一过程，研究人员就能够确定如何只使用隧道效应完成量子退火了。
根据研究人员解释，增加自旋的数量，可以使该系统提供一个物理上实际可行的方法来实现一些量子算法。研究人员目前正应对这一挑战，并计划将这一程式应用于，诸如机器学习和人工智能之类的领域。
同时，D-Wave也继续其语不惊人死不休的风格，尽管相信目前并无实际产品问世，其发表于《自然》杂志的 论文 也只是论述了原理。但在其 官网 上，则已经放出了一款被名为D-Wave One的商业量子计算机，处理器将拥有128量子位，现在的售价，只要一千万美元哦！

D-Wave公司官网产品示意图。