Google、NASA 合作試用的 D-Wave 量子電腦宣佈開源

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A D-Wave 2X Quantum Computer pictured during a media tour of the Quantum Artificial Intelligence Laboratory (QuAIL) at NASA Ames Research Center in Mountain View, California

原文來自 Wired《Quantum Computing Is Real, and D-Wave Just Open-Sourced It》,作者 Klint Finley。 台灣康泰納仕集團授權提供 / INSIDE Mia 編譯。

量子電腦是真實存在的,但它實在是一門艱深的領域,通常只有少數受過量子物理和高階數學訓練的開發者才會操作。2013 年開始, Google 和 NASA 就開始測試知名量子電腦 D-Wave,而現在其背後的加拿大公司想要透過開源,將量子運算變得更容易。

傳統電腦用位元「bit」來儲存資訊,bit 可以用來代表 0 或 1 。量子運算則是利用量子特殊的「疊加態」(superposition),也就是一個粒子可以同時往兩個方量旋轉的特性。科學家利用這個特性,創造了「qubits」,可以同時代表 0 和 1。透過把 qubit 纏繞在一起,像 D-Wave 這樣的電腦就希望能比現有電腦快上指數倍。

IBM 在 2000 年展示了可運作的量子電腦,並持續改進背後的技術。Google 正在打造自己的量子電腦,同時也在 2013 年和 NASA 合作測試 D-wave 的系統,美國航太製造商洛克希德 · 馬丁(Lockheed Martin)和核子設施洛斯阿拉莫斯國家實驗室(Los Alamos National Laboratory)也有使用 D-Wave。不過現今的量子電腦在大部分情況下並不實用。qubit 很脆弱,非常容易脫離疊加態,而且量子電腦使用的程式也很難,需要大量的專門知識才寫得出來。

「量子電腦激發了硬體的進步,」D-Wave 國際總裁 Bo Ewald 說。「但我們需要更多聰明的人來思考如何應用,還要有一群人來做軟體工具。」

於是這家公司推出了新軟體工具「Qbsolv」。Qbsolv 是設計來幫助開發者,在不用了解量子物理的情況下也能為 D-Wave 編寫程式的。有些 D-Wave 的合作夥伴已經在使用這個工具了,但現在 Qbsolv 正式開源,也就是說,每個人都能自由分享並改寫這個軟體。

「在電腦科學領域,不是每個人都了解量子運算的潛在影響力。」科羅拉多大學波德分校的數學家 Fred Glover 說。「Qbsolv 提供的工具把這樣的影響具象化,讓研究和技術人員能共同參與,一起描繪未來量子運算發展的方向。」

大家的 qubit

Qbsolv 成了未來的量子電腦程式設計師能使用的一小撮工具之一,而且這些工具的數量正在快速成長。洛斯阿拉莫斯國家實驗室的 Scott Pakin,同時也是 Qbsolv 的使用者。他去年創造了另一項免費的工具叫做 Qmasm,同樣也是用來減輕為 D-Wave 寫程式的負擔,讓開發者不用費心去了解背後的硬體。Ewald 說他的目標是要帶動量子運算軟體工具的生態系,並培養出研究量子運算問題的開發者社群。近年來,不管是獨立開發者或大企業的貢獻者,開源軟體已成為建立開發社群最好的方法。

當然,要實際運行用這些工具做出來的軟體,你需要一台世上為數不多的 D-Wave。或者,你也可以下載 D-Wave 模擬器,就能在自己的電腦上進行測試。顯然這無法和使用一台使用真正量子粒子的硬體一模一樣,但至少是個入門。

去年,IBM 展開一項服務,讓人們能透過雲端機制在他們公司的量子電腦上跑程式。但目前 Qbsolv 和 Qmasm 都只能寫出用於 D-Wave 的應用程式。D-Wave 採用的運算方法和傳統電腦,甚至其他量子電腦有著天大的不同。從你的智慧手機到 IBM 的量子電腦,大部分的電腦都是泛用型的,也就是可以用來處理各種問題。D-Wave 卻是設計來解決單一種問題:最佳化問題。「旅行推銷員問題」就是經典範例:算出途經一連串指定地點的最短路徑。

在早期,外界評論甚至懷疑 D-Wave 不是真的量子電腦,但現在大部分的研究者似乎都能同意這台機器的確表現出了量子的行為。「現在還質疑(D-Wave)實際有發生量子效應,並且在運算上擔任有意義角色的只剩少數,」在 2015 年,Google 和 NASA 發表了他們用 D-Wave 作出的研究成果後,南加州大學的研究員 Daniel Lidar 如此告訴 WIRED。現在最大的問題變成,D-Wave 電腦是不是真的有比傳統電腦快,以及它獨特的做法是否比 IBM 及其他研究者來得好。

儘管不得不承認,D-Wave 系統的表現只在很狹窄的特定領域才有進步,但 Pakin 說他的團隊相信 D-Wave 的潛力。他也提到,D-Wave 電腦在面對最佳化問題時,給的答案不一定是最有效率的,甚至不一定是對的。反之,它的概念是除了完美解答以外,找出 還不錯 的解法,然後以非常快的速度執行。這又更進一步將 D-Wave 的應用限縮在只求快,不求完美的最佳化問題上,但這恰恰包含了許多人工智慧應用的範圍。

然而理想上,這組軟硬體應該會進步到能夠將其他種類的問題轉換成最佳化問題,而 Qbsolv 和 Qmasm 正是打造這個願景的墊腳石。但要達成這個目標,需要的不僅僅是開源軟體,而是一整個開放社群。

 

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