为什么绝热量子计算与D-Wave量子计算机吸引人


最近量子计算机引起了人们很大的关注,在发表在Science Bulletin上的评述论文中,我与魏朝辉博士对绝热量子计算和D-Wave计算机进行了简要的概述。

在研究量子计算的时候,经典计算的研究经验给人们带来很大的启发。比如可以参考经典计算机所用的电路和逻辑门,用量子电路模型来研究量子计算机,此时逻辑门被量子逻辑门所代替。经典计算包含很多等价的模型,比如图灵机与电路模型的计算能力就是等价的。在量子计算中,绝热量子计算就是与量子电路等价的模型。考虑一个物理系统,其哈密顿量是可以调控的。初始哈密顿量的基态是所有量子比特都为零的直积态。绝热地改变此哈密顿量,只要哈密顿量的基态与激发态之间具有有限的能隙,量子绝热定理就可以保证系统的末态也是最终哈密顿量的基态。通过调整最终的哈密顿量,可让最终基态输出量子计算的结果。

由于系统始终处于基态,只要保证环境温度所对应的能量小于绝热量子计算时最小的能隙,绝热量子计算就对控制误差及环境的热噪声都不敏感。正是利用了这一特性,D-Wave公司在2011年推出了第一台基于量子绝热量子计算的D-Wave One,这台计算机包含有128个相互耦合的超导量子比特,可以运行量子退火算法。利用量子隧穿效应,量子退火算法将比经典的模拟退火算法更加高效。但这台计算机没有包含量子纠错模块,且无法保证其计算时的能隙小于环境温度对应的能量,人们对其是否算是量子计算机产生了广泛的争议。

最近几年, D-Wave公司不断升级其计算机,使得量子比特的数目增加到2048个,谷歌公司等机构对D-Wave计算机进行了广泛的测试,发现对某些问题量子退火算法比模拟退火算法快一亿倍。越来越多的人倾向于相信D-Wave计算机是一台具有量子加速效应的专用量子计算机。最近人们把D-Wave计算机用到了更加实际的问题中,比如说北京出租车路径的优化问题,以及图像识别问题等,均取得不错的效果。我们认为,从长远来看,要进一步发展绝热量子计算机,必须把引入容错的技术,确保计算结果不受噪声的干扰。

Advertisements

发表评论

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / 更改 )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / 更改 )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / 更改 )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / 更改 )

Connecting to %s