量子計(jì)算機(jī)的領(lǐng)頭公司D-Wave預(yù)計(jì)將在2023或2024年發(fā)布下一代量子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)Advantage2的正式版。今年六月，D-Wave已經(jīng)在Leap量子云系統(tǒng)上發(fā)布了Advantage2的原型機(jī)。D-Wave稱，屆時(shí)7000量子比特計(jì)算機(jī)將成為世界上功能最強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)。

量子計(jì)算機(jī)與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)有很大不同。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)打開(kāi)晶體管表示數(shù)值1，關(guān)閉晶體管表示數(shù)值0，這是兩種互斥狀態(tài)。但是量子計(jì)算機(jī)可以同時(shí)表示0和1兩個(gè)數(shù)值。這是由于量子物理的特性，每個(gè)量子比特會(huì)存在一種疊加狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，每個(gè)量子比特的本質(zhì)是1又是0，所以每個(gè)量子比特可以一次性進(jìn)行兩次計(jì)算。量子比特糾纏得越多，量子計(jì)算機(jī)的能力就越強(qiáng)。

建立量子計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)方法，稱為門(mén)模型（gate model），涉及在電路中排列量子比特，并使它們以固定順序相互作用。相比之下，位于加拿大不列顛哥倫比亞省的本拿比D-Wave公司長(zhǎng)期以來(lái)一直專注于所謂的退火量子計(jì)算機(jī)（annealing quantum computers）。這些機(jī)器通過(guò)緩慢冷卻找到最低能量狀態(tài)，就像金屬和晶體有時(shí)被回火以最小化缺陷一樣。然后，量子退火機(jī)從一組量子比特開(kāi)始，這些量子比特在其最低能量狀態(tài)（稱為基態(tài)）的相互作用代表了研究人員編程要解決的特定問(wèn)題的正確答案。

實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家、D-Wave量子退火產(chǎn)品負(fù)責(zé)人Emile Hoskinson說(shuō)：“退火量子計(jì)算機(jī)通常應(yīng)用于解決優(yōu)化問(wèn)題。退火量子計(jì)算機(jī)可以從所有可能的情況中找到最佳解決方案，例如繪制出從A點(diǎn)到B點(diǎn)的最快路線。”

例如，想象一下，以在室外空間尋找最低點(diǎn)為例，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)可能會(huì)在表面上找一個(gè)隨機(jī)點(diǎn)，然后以這個(gè)點(diǎn)為基準(zhǔn)，四處尋找比這個(gè)點(diǎn)更低的點(diǎn)，直到再也找不到更低的點(diǎn)為止。但是通過(guò)這種方法，計(jì)算機(jī)找到的通常只是局部最小值。而退火量子計(jì)算機(jī)可以在表面上同時(shí)找很多個(gè)點(diǎn)，以這些作為基準(zhǔn)，減少結(jié)果出現(xiàn)局部最小值的幾率。

成立于1999年的D-Wave自稱是世界上第一家量子計(jì)算機(jī)的商業(yè)供應(yīng)商。該公司一直備受爭(zhēng)議，多年來(lái)，許多批評(píng)人士質(zhì)疑其機(jī)器是否比普通電腦更強(qiáng)大。

盡管如此，多年來(lái)，D-Wave一直在客戶群中占有一席之地。2011年，它向洛克希德·馬丁公司出售了其第一個(gè)量子計(jì)算系統(tǒng)128-qubit D-Wave One，并將其512-qubit D-Wave Two交付給2013年與谷歌和大學(xué)空間研究協(xié)會(huì)合作推出的美國(guó)宇航局量子人工智能實(shí)驗(yàn)室。

Hoskinson說(shuō)，當(dāng)D-Wave的Advantage2明年或后年上線時(shí)，它將成為世界上功能最強(qiáng)大的退火量子計(jì)算機(jī)。現(xiàn)在，該公司正在發(fā)布Advantage2的一個(gè)實(shí)驗(yàn)原型，該原型具有全尺寸產(chǎn)品的所有核心功能，可供測(cè)試。

Hoskinson說(shuō)：“我們擁有廣泛的企業(yè)客戶，如大眾、Save on Foods、Denso、豐田、BBVA、NEC、埃森哲和洛克希德·馬丁公司，在資源調(diào)度、移動(dòng)性、物流、藥物開(kāi)發(fā)、投資組合優(yōu)化、制造過(guò)程等多個(gè)領(lǐng)域建立了數(shù)百個(gè)早期量子應(yīng)用程序。我們希望Advantage2可以用于解決更復(fù)雜的問(wèn)題。當(dāng)我們談?wù)摻鉀Q更廣泛的問(wèn)題時(shí)，我們的意思是改進(jìn)的技術(shù)可以解決更大、更復(fù)雜的問(wèn)題，并且覆蓋不同垂直領(lǐng)域更廣泛的用例。它將解決與以前相同的問(wèn)題，但卻更好更快。”

該原型擁有500多個(gè)超導(dǎo)通量量子位。量子比特的新設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了D-Wave所稱的Zephyrtopology，它支持20路量子比特間的連接，而該公司上一代只有15路。

Hoskinson說(shuō)：“用一個(gè)類(lèi)比來(lái)說(shuō)明連接的重要性是一個(gè)社會(huì)網(wǎng)絡(luò)，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，影響和交互的復(fù)雜性隨著節(jié)點(diǎn)之間連接的數(shù)量而增加。復(fù)雜性可以表示問(wèn)題的大小，例如變量的數(shù)量、約束等。如果特定業(yè)務(wù)由于業(yè)務(wù)需求（如更改時(shí)間表、供應(yīng)鏈依賴性等）需要快速解決，那么這會(huì)使問(wèn)題更加復(fù)雜。我們看到了Advantage2在此種情況下的優(yōu)勢(shì)，解決了這兩種類(lèi)型的復(fù)雜用例。”

新的量子比特設(shè)計(jì)還支持更高的能量標(biāo)度，這使得量子比特不易受到熱波動(dòng)的破壞。這反過(guò)來(lái)又降低了量子計(jì)算中的錯(cuò)誤率。

該公司指出，在測(cè)試中，當(dāng)原型的量子位按其標(biāo)準(zhǔn)的“本機(jī)”拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)排列時(shí)，與Advantage相比，它在高達(dá)89%的情況下找到了更好的解決方案。當(dāng)涉及到需要更大的量子比特連接的問(wèn)題時(shí)，多個(gè)量子比特可以通過(guò)一種稱為嵌入的策略連接在一起，Advantage2更大的量子比特連接使原型在高達(dá)82%的此類(lèi)問(wèn)題中找到了比Advantage更好的質(zhì)量解決方案。

“許多商業(yè)上有趣的問(wèn)題需要嵌入，”Hoskinson說(shuō)，“有了新的Advantage2 Zephyr拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和更大的能量規(guī)模，我們看到了本地和嵌入式問(wèn)題的性能改進(jìn)。”

Hoskinson表示，“D-Wave最初并不打算公開(kāi)其原型，但鑒于早期的積極成果，我們希望現(xiàn)在將其交給開(kāi)發(fā)者和研究人員進(jìn)行探索和學(xué)習(xí)。從而在我們邁向最終的全面Advantage2量子計(jì)算機(jī)的過(guò)程中，最大限度地提高商業(yè)應(yīng)用程序的性能。”