量子计算机速度竟不如传统计算机？

一直以来，量子计算机作为一种全新的、革命性计算机吸引了业内众多专家的关注。自从加拿大D-波公司推出了第一台商用量子计算机后，围绕该机器的争议就没断过。最近，美国南加州大学洛杉矶分校和苏黎世联邦理工大学研究人员合作，对放在南加州大学的一台108量子比特的计算机进行了检验，却发现它的速度并不比传统计算机更快。相关论文发表在最近的《自然·物理学》杂志上。

该机器的名字也叫“D-波”(D-Wave)，D-波公司宣称这是一台量子计算机，不管它是否真的利用量子效应来运行，都是业内专家们争论的主题。该公司把它卖给了一些著名用户，这也激起了科学团体、网络博客和新闻记者的广泛兴趣。比如最早的机器在2011年卖给了美国军火制造商洛克希德·马丁公司，交给了南加州大学洛杉矶分校进行测试。去年，谷歌公司购买了第二台机器。由于“D-波”能通过搜索发现一个系统的最低能态，解决关于最优化方案的数学问题，这正是公司对它感兴趣的原因。

只是模拟设备

在“D-波”中是用一个个超导线路来模拟量子或原子自旋，系统必须冷却到接近绝对零度。自旋有“上”自旋、“下”自旋和“上下叠加”自旋。在“D-波”线路中，用电流方向来模拟自旋。

“D-波”是否真的在用量子效应运行?这还不是问题的全部，准确地说，它能不能被称为计算机都受到质疑。还有人提出，它的计算速度是否比传统计算机更快?为了回答这些问题，苏黎世联邦理工大学理论物理学院教授马提亚·特罗亚和南加州大学洛杉矶分校的同事一起，对那里的量子系统进行了测试。

经过测试，研究小组得出的结论是不能一概而论：一方面，他们证明了“D-波”确实是利用量子效应运行的;而另一方面，研究人员也说：“‘D-波’只是一个模拟设备，一台用于解决最优化问题的样机。对它更准确的描述是，一台可编程的量子模拟实验机。”特罗亚教授说：“毫无疑问‘D-波’不是一台通用量子计算机。”

量子效应持续极短

为了对“D-波”进行测试，研究人员写了数千个复杂性不等的问题，把每个问题在三个系统上各运行了一千次。一个系统是“D-波”，另两个是在传统计算机上进行的最优化问题模拟程序：一个考虑量子效应，另一个不考虑。对于每个任务，研究人员记录下各系统给出正确答案的频率。结果“D-波”的表现和考虑了量子效应的模拟程序相同，而有别于没考虑量子效应的模拟程序。

面对这样的结果，研究人员也感到吃惊，因为“D-波”的量子相干持续时间极为短暂，只有几十亿分之一秒，而通常要解决一个最优化问题需要的时间是这一时间的500倍。大部分专家认为，“D-波”的量子效应简直不能发挥任何作用。不过特罗亚解释说，“让量子效应在所有时间都保持相干也是没有必要的”。

速度不比传统计算机快

人们在考虑建造量子计算机时，一个主要原因就是它将来可能大大提高计算速度，因此研究的另一个结论尤为重要：“D-波”的速度并不比一台传统计算机更快。

“D-波”的速度是业内专家们热议的主题。尤其是在去年5月，美国阿默斯特学院一位计算机专家发表了一篇质疑文章之后。该文章称，按照计算“D-波”应该比传统计算机的速度快几千倍。研究人员还检验了一台新版的“D-波”，跟刚推出一年的512量子比特版的“D-波”差不多，把结果和南加州大学的108量子比特的“D-波”进行了比较。

特罗亚说：“结果证明，传统计算机不仅比108量子比特的‘D-波’快，还能解决512量子比特‘D-波’所能解决的问题，这个512量子比特的新版被认为性能更强。”他们把这些结果和阿默斯特学院的结果进行对比，更清晰显示“D-波”在测试中一贯地比传统计算机慢。

特罗亚还指出，阿默斯特学院的研究还有个问题，它把“D-波”的快算法和传统计算机的慢算法进行了对比。“我们为传统计算机开发出了最优化算法，这让它们能媲美目前的512量子比特的‘D-波’。人们现在还不知道，将来更多量子比特的像‘D-波’这样的量子系统，是否真的比传统计算系统更有优势。这个问题很重要，最近我们正在用512量子比特的机器来实验，以找到答案。”