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Google、NASA合作试用的D

Google、NASA合作试用的D

量子电脑是真实存在的,但它实在是一门艰深的领域,通常只有少数受过量子物理和高阶数学训练的开发者才会操作。2013 年开始, Google 和 NASA 就开始测试知名量子电脑 D-Wave,而现在其背后的加拿大公司想要透过开源,将量子运算变得更容易。

传统电脑用位元「bit」来储存资讯,bit 可以用来代表 0 或 1 。量子运算则是利用量子特殊的「叠加态」,也就是一个粒子可以同时往两个方量旋转的特性。科学家利用这个特性,创造了「qubits」,可以同时代表 0 和 1。透过把 qubit 缠绕在一起,像 D-Wave 这样的电脑就希望能比现有电脑快上指数倍。

IBM 在 2000 年展示了可运作的量子电脑,并持续改进背后的技术。Google 正在打造自己的量子电脑,同时也在 2013 年和 NASA 合作测试 D-wave 的系统,美国航太製造商洛克希德 · 马丁和核子设施洛斯阿拉莫斯国家实验室也有使用 D-Wave。不过现今的量子电脑在大部分情况下并不实用。qubit 很脆弱,非常容易脱离叠加态,而且量子电脑使用的程式也很难,需要大量的专门知识才写得出来。

「量子电脑激发了硬体的进步,」D-Wave 国际总裁 Bo Ewald 说。「但我们需要更多聪明的人来思考如何应用,还要有一群人来做软体工具。」

于是这家公司推出了新软体工具「Qbsolv」。Qbsolv 是设计来帮助开发者,在不用了解量子物理的情况下也能为 D-Wave 编写程式的。有些 D-Wave 的合作伙伴已经在使用这个工具了,但现在 Qbsolv 正式开源,也就是说,每个人都能自由分享并改写这个软体。

「在电脑科学领域,不是每个人都了解量子运算的潜在影响力。」科罗拉多大学波德分校的数学家 Fred Glover 说。「Qbsolv 提供的工具把这样的影响具象化,让研究和技术人员能共同参与,一起描绘未来量子运算发展的方向。」

大家的 qubit

Qbsolv 成了未来的量子电脑程式设计师能使用的一小撮工具之一,而且这些工具的数量正在快速成长。洛斯阿拉莫斯国家实验室的 Scott Pakin,同时也是 Qbsolv 的使用者。他去年创造了另一项免费的工具叫做 Qmasm,同样也是用来减轻为 D-Wave 写程式的负担,让开发者不用费心去了解背后的硬体。Ewald 说他的目标是要带动量子运算软体工具的生态系,并培养出研究量子运算问题的开发者社群。近年来,不管是独立开发者或大企业的贡献者,开源软体已成为建立开发社群最好的方法。

当然,要实际运行用这些工具做出来的软体,你需要一台世上为数不多的 D-Wave。或者,你也可以下载 D-Wave 模拟器,就能在自己的电脑上进行测试。显然这无法和使用一台使用真正量子粒子的硬体一模一样,但至少是个入门。

去年,IBM 展开一项服务,让人们能透过云端机制在他们公司的量子电脑上跑程式。但目前 Qbsolv 和 Qmasm 都只能写出用于 D-Wave 的应用程式。D-Wave 採用的运算方法和传统电脑,甚至其他量子电脑有着天大的不同。从你的智慧手机到 IBM 的量子电脑,大部分的电脑都是泛用型的,也就是可以用来处理各种问题。D-Wave 却是设计来解决单一种问题:最佳化问题。「旅行推销员问题」就是经典範例:算出途经一连串指定地点的最短路径。

在早期,外界评论甚至怀疑 D-Wave 不是真的量子电脑,但现在大部分的研究者似乎都能同意这台机器的确表现出了量子的行为。「现在还质疑实际有发生量子效应,并且在运算上担任有意义角色的只剩少数,」在 2015 年,Google 和 NASA 发表了他们用 D-Wave 作出的研究成果后,南加州大学的研究员 Daniel Lidar 如此告诉 WIRED。现在最大的问题变成,D-Wave 电脑是不是真的有比传统电脑快,以及它独特的做法是否比 IBM 及其他研究者来得好。

儘管不得不承认,D-Wave 系统的表现只在很狭窄的特定领域才有进步,但 Pakin 说他的团队相信 D-Wave 的潜力。他也提到,D-Wave 电脑在面对最佳化问题时,给的答案不一定是最有效率的,甚至不一定是对的。反之,它的概念是除了完美解答以外,找出 还不错 的解法,然后以非常快的速度执行。这又更进一步将 D-Wave 的应用限缩在只求快,不求完美的最佳化问题上,但这恰恰包含了许多人工智慧应用的範围。

然而理想上,这组软硬体应该会进步到能够将其他种类的问题转换成最佳化问题,而 Qbsolv 和 Qmasm 正是打造这个愿景的垫脚石。但要达成这个目标,需要的不仅仅是开源软体,而是一整个开放社群。


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