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D-Wave预演下一代操作平台: Debuts Pegasus拓扑亮相,处理器目标达到5000量子比特

导读:D-Wave昨天预演了绝热退火量子计算平台计划,该计划主要包括:实现了新的拓扑结构Pegasus——每个量子比特与另外15个量子比特相连;宣布新的工具,以及它们是如何适应平台而运行的;新的低噪音技术;下一代5000量子比特处理器的系统初级版本。D-Wave公司计划在未来18个月内使该计划落地。

量子计算的先驱 D-Wave System 昨天“预演”了其下一代平台计划:绝热退火量子计算。该平台将采用一种新的底层芯片制造技术,以降低噪音,增强连通性,并将量子比特数提升至5000位。不仅如此,该预演还使用了可以扩展的创造混合量子经典应用的工具(Hybrid quantum-classical applications)集。 而D-Wave公司也计划在未来18个月内”逐步”推出相关平台组件。

根据D-Wave的说法,该绝热退火量子计算的一个主要变化是新的拓扑Pegasus的实现。在这种结构中,每个量子比特与另外15个量子比特相连,这使得它成为”世界上连接量子比特最多的商用量子系统”。 在当前的Chimera拓扑结构中,每个量子比特只能与另外六个量子比特相连。而新的拓扑结构Pegasus将以大约2.5倍的连接速度,使用户能够用更少的量子比特处理更多的问题,并获得更好的性能体验。

“我们现在宣布预演是希望先提出一个平台框架,后续,我们将会在未来18个月内使这项技术逐步落地使用。”D-Wave研发执行副总裁兼首席产品官 Alan Baratz 告诉 HPCwire:该计划首先我们将从新的拓扑结构是如何融入整体的这一部分谈起, 然后我们将宣布新的工具,以及它们是如何适应平台而运行的。 接下来,你将会看到出现在我们这一代云技术系统中新的低噪音技术”。 而该计划的最后一部分就是下一代5000量子比特处理器的系统初级版本。

这是一项雄心勃勃的计划。 虽然对现在来说是一座没有具体日期的重要的里程碑,但却是一个有趣的开端。从现在开始,用户可以使用D-Wave的Ocean开发工具将问题移植到Pegasus拓扑编译器中去执行。 去年秋天,D-Wave 推出了它的云平台 LEAP,许多新的功能和工具也将最先放在该平台。

D-Wave预演下一代操作平台: Debuts Pegasus拓扑亮相,处理器目标达到5000量子比特
鲍勃索伦森,Hyperion的研究和技术副总裁,量子计算首席分析师    

Hyperion Research 的量子计算首席分析Bob Sorensen对 D-Wave 的计划做出了积极反应,”这一宣布表明D-Wave 在量子计算方面在继续推进着最先进的技术发展。 虽然从2000量子位增加到5000量子位本身就令人震惊,但是更让我印象深刻的是新拓扑结构Pegasus。 我期望Pegasus将是新颖的、有趣的。而且成为迄今为止不可实现的 QC 算法和应用程序的主要驱动力。 最后,我认为很重要的一点是,D-Wave 应该继续发展经验丰富的客户群,并聆听他们的意见和建议,以帮助指导 D-Wave 未来的系统设计。因为能够利用这种用户群的集体专业知识去完善自身仍然是推动D-Wave系统发展的关键因素。“

D-wave 表示,总体而言,其下一代系统的特点预计将加速与量子优势相关的商业竞争步伐量子优势旨在量子计算机上比在传统计算机上能更好地解决问题,从而保证量子计算真正落地使用。 D-wave 积极地向商业和政府客户推销其成功的机器,并向这些用户表示该机器已经开发了”100多个涉及航空公司日程安排、选举建模、量子化学模拟、汽车设计、预防性医疗保健、物流等多个领域的早期应用程序。” 这些应用程序的开发进度有时会引起争议。 不过,Baratz 期望下一代平台有足够的能力(计算、开发工具等等)向客户展示其优势。

Sorensen则对量子优势的重要性持谨慎态度,”在我看来,量子优势问题并不是一个关键问题。 我认为大多数用户并不关心一个人设的里程碑。 更关心的是算法和应用程序的开发为解决现有问题带来了新的能力,或者拥有比现有应用程序更快的速度以给用户50倍的性能体验,他们不会因为争论量子优势是怎样的而彻夜难眠。 ”

“除非某一天,新闻发布说:‘z 公司在算法 x 中展示了量子优势’,这对现有的和潜在的 QC 用户群来说意味着什么? 我觉得这对量子优势来说没太大影响, 除非有大量算法来支持这个说法。”

以下是从 D-Wave 的声明中摘录的营销要点:

低噪声: 下一代系统将包括由 D-Wave 生产的噪声最低的商用量子处理单元(QPU)。 这种新的 QPU 制造技术提高了系统性能和解决方案的精度,为系统快速发展奠定了基础。

增加的量子比特位数: 超过5000个量子位,下一代平台将比现有的 D-Wave 2000Q 的量子位计数增加一倍以上。这意味着程序员需提供一个更大、更密集、更强大的图形来构建商业量子应用程序。

混合软件和工具的扩展: 投资于以 D-Wave为基础的易用性、自动化、更强大的的混合开发环境。 允许开发人员使用 Python 和其他通用语言在经典平台和下一代量子平台交互运行。 模块化方法和逻辑技术相结合简化分布程序,这允许开发人员跨系统进行数据中断处理和同步信息,从而最大限度地提高每个系统的计算能力。

正在发布的版本: D-Wave 下一代量子平台的组件将从现在到2020年中期通过正在进行的 量子处理单元(QPU )和通过云数据中心提供软件更新的方式进入市场。而整个系统将在2020年中期通过云数据中心和现场服务的提供。 今天,用户可以看到新 Pegasus 拓扑的模拟运行。

D-Wave没有透露关于如何使技术进步的更多细节。芯片设计与开发的副总裁Mark Johnson说:”在集成电路方面,我们基本上重新设计了堆栈,这使得我们的设计更加紧凑,也获得了更多的连接。 当然我们也在这个堆栈中作了改动,以减少材料对相干噪声的影响。在这里我不讨论改动方法,大家只要知道这是一个有了新的材料,新的制造工艺,新的堆栈的基本技术节点改变就可以了,”巴拉茨说:”我只想补充一点,新材料和新工艺不仅仅是’在设计中’,也应用到了现在的2000量子位系统上。 我们已经使用了新的技术堆栈重建了系统,现在有几个在我们的实验室中运行,并且运行结果符合预期设想。”

D-Wave预演下一代操作平台: Debuts Pegasus拓扑亮相,处理器目标达到5000量子比特D-Wave 2000Q System

Baratz 说,”低噪声技术将使得相干时间更长解决方案更完善。 新的操作软件将进行专门设计以支持混合应用程序运行,这意味着操作软件运行速度显著加快。 这对混合应用程序非常重要,因为混合应用程序是常规的运行方式,然后发送到量子处理器,得到结果,反馈到常规运行这样循环,”他说。对于 LEAP 用户,D-Wave 将提供新的调度选项。因此,如果需要运行较长的应用程序,用户可以选择预留时间块,而不是必须在任务队列中等待运行。

这里简要回顾一下 D-Wave 方法可能对以下的描述有帮助 。D-Wave 与基于通用门的模型有很大的不同。 对于门模型的量子计算机,你必须指定解决问题所需的指令和门的顺序。 从这方面来看,它更像是一个经典的编程系统,你必须指定指令序列。

“而对于我们的系统,你不能这样做,”Baratz说。 “你所要做的就是用系统能理解的数学公式来阐述这个问题。 它理解两种不同的公式:二次二进制最适化问题( Quadratic binary optimization problem),Ising最适化问题, 基本上是一个定义良好的数学结构。 实际上,我们的系统编程与物理学、量子比特、量子纠缠、脉冲调谐这些无关,只是将问题映射到数学公式中。 它更像是一个声明性的编程模型,你不需要指定指令的顺序。 因此,编程要容易得多。”

从 D-Wave 网站上摘录的关于 D-Wave 系统工作原理的描述可能会有所帮助:

“在自然界中,物理系统往往会进化到能量最低的状态: 物体从山上滑下来,热的东西冷却下来,等等。 这种行为也适用于量子系统。 想象一下,通过一个旅行者在能源景观中找出最低山谷的最佳解决方案来解释这种行为。

经典算法将旅行者放置在景观中的某个点,并允许旅行者根据当地的变化来寻找最低谷。 虽然通常最有效的方法是向下移动,避免爬高的山峰,但是这些经典的算法很容易将旅行者引入附近的山谷,而这些山谷可能不是全球最小值。所以通常需要进行大量的试验,许多旅行者从不同的地点开始他们的旅程。

相比之下,由于叠加的量子现象,量子退火技术相当于旅行者同时占据了许多坐标。 随着退火过程的进展,处于任意给定坐标的概率平稳地演化,其概率在深谷坐标附近逐渐增加。 量子穿隧效应可以让旅行者穿越山丘, 而不是被迫爬山,从而减少陷入山谷的机会,因为山谷并不是全球最小的山谷。 量子纠缠通过让旅行者发现导致深谷的坐标之间的相关性的方式,进一步改善了结果。”

与量子计算竞争对手 IBM 和 Rigetti 一样,D-Wave 正大举押注于云交付,将其作为吸引和培训 QC 用户以及提供生产力的一种手段。 当然,尽管 IBM 的新 IBM Q System One 似乎也是朝这个方向发展,但D-Wave 仍然是唯一一家完全以销售系统为基础的供应商

D-wave 使客户创建 LEAP 账户变得非常容易。 用户可以有一分钟的空闲时间来试用这个系统,如果客户同意开源任何创建的工作,每个月都可以得到一分钟的免费时间。 巴拉茨说,一分钟的时间可以买到超出你想象的东西(大约400到4000个实验)。而商业用途的费用是每月 $2,000,如果你注册的时间更长,还可以享受折扣优惠。

毫无疑问,量子观察家们将密切关注 D-Wave 兑现承诺的进度和时间。 QC 开发团体(供应商和学术界)一直对此持乐观态度同样,去年12月份通过的12.5亿美元的美国量子计划也加入了全球量子计算竞赛的行列,这场竞赛风险巨大, 让我们拭目以待。


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整理:Caroline    校对:量豆豆

编辑:Sakura

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