【消費電子實驗室-2015/9/30】谷歌的量子計算機正在大升級。這臺名叫D-Wave的機器，正在完成一次飛躍，從512個量子位(量子計算機的基本結構單元) 到超過1000量子位。構造這個系統的公司宣稱，這次性能升級不需要明顯地提高功率，這可是量子計算機進步的好兆頭。

　　谷歌在離它山景城的加州總部不遠的NASA Ames 研究中心與NASA和USRA(高校航空研究協會)一起操作它的量子計算機。9月28日這一天，制造這臺計算機的加拿大公司D-Wave系統表示未來7年同意為系統提供常規升級——保持它能“達到最高水平”。D-Wave戰略合作伙伴事業拓展部總監科林·威廉姆斯稱之為“公司歷史上最大的交易。” 尤其是，該系統也被國防巨頭洛克希德馬丁使用。

　　盡管D-Wave還沒有給力到科學家們希望有一天它能變成的樣子，但是這次到達1000量子位的提升代表了量子計算機能力的一種指數級的發展。那么問題來了，量子計算機能做什么呢？谷歌和它的小伙伴們一直想要努力的告訴我們這些凡人。谷歌說在一些情況中D-Wave有自信能夠勝過今天的非量子計算機，并且南加州大學的科學家出版了建議D-Wave展示行為超越經典物理的研究。

　　縱觀谷歌的合約史，如果所有事情都按照計劃來，那么這個系統的表現將會繼續提升。但是還有另外一些特點要考慮。威廉姆斯說因為D-Wave擴大了量子比特數，系統運行需要的功率的量大略保持了一致。

　　“我們可以在恒定功率消耗下提高性能，”他說。有時當今天的計算機芯片制造者正在努力從同樣功率電路的獲得更優性能，而D-Wave打破了這一趨勢。

　　“量子位”能同時儲存0和1

　　一臺量子計算機運行按照量子力學的原則，就是那些極小的粒子遵循的物理學，比如電子和光子。在傳統計算機中，一個三極管儲存單個的信息“比特”。如果三極管處于“開”，它保持1，如果它是“關”，就保持0。但是在量子計算機中，感謝所謂的疊加原理，使得保持在量子系統中的信息可以同時存在兩個狀態。“量子位”能同時儲存0和1。

　　那么，兩個量子位就能在任何給定時間里保持4個值（00, 01, 10,和11）。由于你持續增加量子位的數目，你以指數方式增加了系統的功率。那么問題又來了，建造一個量子位是一件極端困難的事情。如果你讀了量子系統的信息，你就“變形”了。基本上，它就變成了只能儲存一個值的傳統比特。

　　D-Wave相信它可以找到一個方法解決這個問題。它在2007年發布了生成16個量子位的第一款機器。幾年前當它達到512量子位時谷歌和NASA一起開始測試機器。D-Wave說，每個量子位是一個超導回路——一個小的電流閉環——并且這些回路被降到極低的溫度，這樣電流就立刻流到了所有方向。然后機器表現了基于算法式的計算，這在本質上決定了當溫度升高時一組電路出現在特定模式下的可能性。

　　趨勢能夠被打破

　　一些人質疑這個系統是否可以真實地展示量子性能。但是南加州大學的研究者表示這個系統出現是為了展示一種叫做“量子退火”的現象，這就表明它在量子領域是的確可操作的。無論如何，D-Wave不是一個普通的量子計算機——也就是說，它不是一臺用于各種常規任務的電腦。但是D-Wave說這臺計算機十分適合于“最優化”問題和機器學習。所謂“最優化”問題也就是當你面對很多很多不同的前進方式并且必須選出一個最好的選項（選擇恐懼癥的孩子們已瘋……）；機器學習就是計算機通過分析大量數據自己教自己處理任務。

　　D-Wave告訴我們運行系統所需的大部分功率與極端的散熱有關。整個系統消耗大約15千瓦功率，而量子芯片本身用1微瓦的一小部分。威廉姆斯說“大部分的功率都用于運行冷凍機。” 也就是說公司能繼續提高性能而不必明顯地提高功率。也許此刻，這并不是一個偉大的壯舉。但是在一個傳統計算機正在接近極限的世界，它至少提供了一些希望，即趨勢能夠被打破。