“重大突破”密集出现“量子计算机”要重回市场视野了吗?

生活中能见到“量子”这个词最多的地方，一个是科学新闻中，另一个恐怕是科幻小说里：“量子计算机”已经是各种文艺作品里描述未来计算机的固定配置了。事实上，在对“量子计算机”的研究还很早期的现在，有一家公司的量子计算机不仅商用了，而且最近还推出了升级版。

加拿大公司 D-Wave 近日宣布，推出旗下最新型号的量子计算机 D-Wave 2000Q，计算能力是从前型号的两倍。D-Wave 公司称， 新计算机售价 1500 万美元，Temporal 防御系统公司是这台新计算机的首个客户，主要目的是用于网络安全研究。

但“量子”这个概念很大，真正用来替代现今电子计算机的量子计算机也还停留在实验室里。D-Wave 的量子计算机从这家公司 1999 年建立，到 2007 年推出第一款产品 D-Wave One 直到现在，围绕它们的争议就没有停止。

电子计算机的芯片，是用一个个有开、关两种状态的“门电路”组成的。理论上的量子计算机，它的基础结构“量子门电路”，可以处在开、关这两个状态的叠加态上。如果要比喻的话，如果电子计算机可以进行 n 个计算，量子计算机就可以进行 2 的 n 次方种计算。

D-Wave 的量子计算机怎么运转？它靠模拟大自然的自发现象来运算。举例来说，一片枯叶的空气中落地的过程很自然，但这个过程实际上就是一系列描述空气动力的复杂方程的一个解。2013 年发表在 Nature 的一篇论文显示，D-Wave 量子计算机中的量子芯片，可以利用量子隧道穿透效应，在短时间内完成自然环境里从高能级向低能级的转变，产生一个可以帮助优化复杂问题的参数。这个过程被称为“求解离散空间的局部最优化值”（QUBO），这种算法被 D-Wave 叫做“量子退火”（quantum annealing）算法。而这种问题，是传统计算机不擅长处理的。

所以 D-Wave 的争议之处在于，他们的“量子计算机”并不是理论中的那种计算力可以超越现今电子计算机很多倍的通用型计算机，它不能编程，也不能解决 QUBO 之外的其他问题，但它确实利用了量子效应，叫做量子计算机并没问题。这次公布的 2000Q 新型号计算机，就是增加了其中量子退火芯片的数量，提高了运算速度。

在这之前，Google 买了一台 D-Wave 量子计算机用来研究人工智能、美国国家宇航局 NASA 和军火商洛克希德·马丁也采购了同样的机型用来研究。

与此同时，真正的通用型量子计算机的研究也有一些突破。2016 年 8 月，美国马里兰州大学在实验室中制作了具有 5 个量子比特的计算机原型。这个原型和其他量子计算机都不一样，它可以编程从而解决不同的问题。论文称，这一系统进行基本运算的准确率大约为 98%。