贝索斯投资的量子计算项目正接近成功？

zhixun

2012年11月08日


也许成功的商人确实拥有超乎常人的嗅觉。
10月9日公布的物理学奖，授给了法国人塞尔日阿罗什和美国人戴维瓦恩兰，他们分别找到了方法操控单个粒子，而不破坏其量子态。这一成果能应用于制造量子计算机。
而就在5天前，一家名为D-wave的加拿大公司宣布，亚马逊公司创始人贝索斯早已经投资其量子计算机项目。D-wave此轮融得3000万美元，主要投资者为In-Q-Tel与Bezos Expeditions。前者为美国中央情报局（CIA）下属的投资机构，后者则是贝索斯的私人投资公司。

“我们很高兴拥有如此重量级的投资者。他们富有远见，认识到量子计算成为改变世界的力量，也确信D-wave正接近这一目标。”D-wave 的CEO Vern Brownell说。
今年的诺奖获得者戴维瓦恩兰，曾撰写过一篇科普文章，展示了这样一个即将到来的现实：计算机性能日益提高，芯片尺寸却越来越小，或许很快就会达到物理极限。芯片制造商英特尔正在研制仅有14纳米宽电路的芯片，这家公司还认为，到了2020年，这个数字还可以缩小到5纳米。但到那时，硅基芯片因为尺寸太小而容易破裂，同时价格将非常昂贵。“不过，这绝非计算机发展的尽头，而是新型量子计算机发展的起点。”戴维瓦恩兰在这篇题为《囚禁离子，实现量子计算》的文章中写道。
当然，英特尔还有别的选择。他称，碳基纳米管将成为芯片设计的未来之星。11月3日，IBM宣布成功将一万多个碳纳米管打造的晶体管，精确放置在了一颗芯片内。这将使得芯片性能较之硅基芯片提高5倍。IBM不确定该工艺需要多长时间来完善。上述公司还在尝试硅光子技术。
而在Vern Brownell看来，D-wave生产的量子计算机，优势在于解决组合最优化问题。
我们熟知的组合最优化经典案例，就是销售员去多个目的地时的最优路径。在这个问题上，传统的数学技巧也变得笨拙，解决的方案简单粗暴：筛选所有可能的组合。但问题是，随着目的地数量增加，可能的组合也随之指数式暴涨。如果那位销售员要去20个目的地，那他得从1，048，576种组合中一一排除。
与你现在盯着的这台电脑不同，量子计算机以“量子比特”储存并传递信息。传统计算机的类似单位“比特”，只能赋值0或1；而“量子比特”显得暧昧得多，在给定时刻，它既可以是0，也可以是1。如果有两个“量子比特”，那么就可以同时表示00、01、10、11四种赋值。我们可以很容易类推其中的规律。
D-wave的第一台设备亮相于2007年，当时它只有8个“量子比特”。这8个“量子比特”构成的芯片，被降温至接近绝对零度，在这种温度下，“量子比特”开始意识模糊，诡异地同时存在几种赋值。然后向这台设备输入问题——它使用了一套特定的算法——当温度开始逐渐升高，“量子比特”开始稳定下来，最终生成的一串0和1就是问题的答案。
得到解答的问题，可以是最优路径问题，也可以是图像识别，基因排序分析，蛋白质折叠以及风险分析。这可是大生意。Vern Brownell就很清楚，他曾在1989年起任高盛CTO，直至2000年离开，一直与组合最优化问题过招：金融计算需要从庞大的数据中取样，以预测风险与分析投资组合。
不过，至今没有一家金融机构采用D-wave的量子计算机。确实，标价1000万美元1台的新事物会阻拦不少客户；但最关键的问题还在于，D-wave的努力一直得不到量子计算学界的认同。
量子计算机的难度在于，量子状态本身极易受到扰动，它只能绝对隔绝于传统世界。如果你真的接触到一个“量子比特”，它就会变成固定的赋值——这就是我们传统世界的“比特”了。
如何做到大量“量子比特”相互联系，又不受外界骚扰？D-wave说自己已经找到了这种方法。但别人说，D-wave并没有。双方已经为此争论了10年。
1999年初创D-wave前，Geordie Rose并没有制造量子计算机的念头。当时他还在争取量子物理博士学位。一次，他参加了一门创业者课程，在进行头脑风暴的时候，另一个物理专业的学生建议他为何不试试量子计算机公司。于是他读了读这方面的书，然后如实告诉他的导师，他想做什么。这个教授教他怎么写商业计划，还开了一张支票给他。D-wave就此诞生。
“那些年，我们一直在做相关的基础研究。”Rose告诉《福布斯》的Alex Knapp。当时，有十余家科研机构支持D-wave，后者因此收获了不少知识产权。
但从2003年开始，双方开始分道扬镳。为解决之前提到的量子计算难题，D-wave开始选择一种“量子退火”技术；而学界其他人则选择了“量子门”技术。通过量子门电路，操纵“量子比特”来进行计算的计算设备，才是主流学界对量子计算机的定义。
2007年，争议加剧。D-wave宣称首台商业化用途的量子计算机问世。但Rose没有提供任何经同行评议的研究报告来解释它到底如何运作。这让部分同行难以接受。“你必须对这种怀疑论持保留态度。”Rose对《福布斯》说，因为一些研究团队视D-wave为竞争对手。
作为回击，D-wave去年五月在《自然》杂志上发表了论文阐释其工作原理。“如果你看到我们已经发布的论文，就会明白我们的工作使上述团队相形见绌。”Rose告诉Alex Knapp，大量怀疑论调会因此变得缓和。
一个知名的批评者，MIT教授Scott Aaronson告诉《福布斯》，“我不再觉得自己在扮演对抗性的角色。我真诚地希望D-wave能成功。”但即便如此，他指出，D-wave仍未提供量子计算关键测试的证明。“他们有举证责任，证明他们的设备利用了量子效应以实现加速，但他们尚未做到这点。”他说。
Rose向《福布斯》提及，他们已经完成了一些理论研究，并希望今年能发表这些发现。不过，即使如此，D-wave仍将重心放在实用功能上。“下一步就是增加我们高价值应用的数量。当客户问我们是否能解决他们的问题时，我们希望能拿出一堆来。”Rose说。
D-wave的第一个客户就是这么来的。对方是洛克希德氠丁公司，一家拥有全世界最大营业额的国防工业承包商。洛克希德氠丁的首席科学家Ned Allen在南加州大学教授Daniel Lidar的介绍下，向D-wave公司递交了一个问题：它来自F-16战机上使用了30年的代码块，洛克希德氠丁的团队尝试了几个月，才弄清问题所在。六周后，Allen访问D-wave时，对方就给出了解答。于是他说服了洛克希德氠丁的管理层，花费1000万美元，买了一台，并将其安装在南加州大学。
今年8月，哈佛大学的一队研究者发表文章称，他们应用D-wave系统解决了一个特别棘手的蛋白质折叠问题。Rose说，更多此类研究将会面世，有些来自哈佛的这一团队，有些则来自其他的。
D-wave透露说，今后将提供基于量子计算机的云服务。2009年，来自Google的一名研究者曾和D-wave一起合作写了一篇文章，指出D-wave系统可能对Google图片数据库有用。D-wave还声称，将发展机器学习技术，并将其应用于数据分析。“机器学习是人工智能领域的一个分支，是语音识别和产品推荐之类技术的基础，也是Google和亚马逊这类依赖大量数据的公司的优先研发内容。”Rose说。
“有时候，我们与其他研究团队的兴趣保持一致；有时候并不如此。”但Rose相信，自己选择的技术路径是正确的，“当书写历史之时，这会变得更加明显。”
D-wave已经和其他团队竞争了10年。他们还会将此延续至下一个10年。除了在碳基芯片上取得进展，今年3月，IBM在美国物理学界年会上宣布，量子计算机技术也获得重大突破。他们做到了在减少基本运算误差的同时，保持量子比特的稳定性，从而进一步加快研制全尺寸实用量子计算机的步伐。