已经投入使用的量子计算机

传统超算、大型计算机无法应对的科学计算

尽管现在超算、大型计算机的计算能力非常强大，但是在一些复杂领域却无法满足我们的需求。原因就是很多传统计算机系统无法应对一些极其复杂的科学计算，如机器学习、分子材料模拟、蒙特卡罗模拟等。

量子计算机解决这些复杂的科学计算就很有潜力，这些科学计算涉及到工业技术、科研、国防和商业等方面。

量子计算机是否已经商业化

其实我上一篇文章有提到量子计算机已经进行商用，它就是D-Wave 2000Q量子系统，它属于D-Wave公司第四代量子计算机。

其实它是一台利用电子量子特性的超导类型量子计算机，严格来说它与我国光量子计算机原理和实际性能完全不一样，但是它有2000个量子比特位，属于已经完全商业化的量子计算机。

D-Wave公司

D-Wave公司，世界上为数不多的量子计算机供应商

D-Wave成立于1999年，是量子计算系统，软件和服务开发和商用的量子计算机公司。

D-Wave公司其实很早就在量子计算方面下功夫，目的就是尝试解决这些极其复杂的科学计算，寻求一个最优解，从而为客户提供最具价值的解决方案。D-Wave公司其实已经有完整的量子计算机配套设施，除了量子计算机本身之外，还包括量子计算机操作系统、软件和开发人员工具。

发展到第四代，量子位已经达到2000个

在2007年，D-Wave发布了第一款量子处理器。那个时候，只有区区16个量子比特，性能一般。重点是这个可扩展的方法，使他们推出了世界第一台商用量子计算机。

2011年推出的D-Wave One有128个量子比特。2013年、2015年和2017年又分别推出了512个、1000个和2000个量子比特的设计。第四代量子计算机D-Wave 2000Q就是具有2000个量子位。

虽已商业化，但是服务对象和客户非同一般

D-Wave公司的量子计算机虽已商业化，但是服务对象和客户非同一般。服务对象是企业、政府、科学实验室和学术机构，为他们提供量子计算服务。实际上，现在世界上能买得起D-Wave 量子计算机的用户寥寥无几。

美国洛斯阿拉莫斯国家实验室

目前D-Wave公司主要客户是洛克希德马丁公司、谷歌、美国宇航局、大众、DENSO公司，USRA公司、南加州大学、美国洛斯阿拉莫斯国家实验室和美国橡树岭国家实验室。

量子计算机D-Wave 2000Q™系统

D-Wave 2000Q

D-Wave的量子计算机利用量子动力学原理，迅速为离散优化、采样、材料科学和机器学习提供解决方案。目前，D-Wave 2000Q系统可作为独立系统的来租赁、直接购买、或者通过量子云Leap来获得量子计算服务。

量子退火原理

D-Wave 2000Q其实是利用量子退火的原理，就是利用现实世界中量子系统的自然趋势来寻找能量状态的最低点。

如果优化问题和量子系统自然趋势的峰值和谷值相似，则每一个坐标就代表一种可能的解决方案，而高度（峰值和谷值的差）则表示能量值。最优解就是能量状态的最低点和量子系统的谷值相互对应。

实际工作原理

1、量子计算用户将自己所需解决的科学计算问题建模好，并且模型最优解对应“量子计算趋势中最低能量点”。

2、处理器能够同时考虑所有可能性，以此确定能量值最低点以及产生它的能量值。

3、将多个解决方案返回给用户，对此进行缩放从而找出最佳解决方案。

中央处理器

基本构成

CPU是由2000个微型超导器件（实际称之为量子位）的晶格，被放置超低温的环境下（绝对零度）以便能够利用量子效应。从室温环境的外界到芯片（中央处理器），一共有200个I / O和控制线路。

CPU环境极其苛刻

1、超低温环境

其实该量子计算机的核心部分是一个比宇宙空间温度还要低的“大冰柜”，它是封闭式内循环的稀释制冷机。

温度达到0.015K（开尔文），说白了就是零下273度，基本接近绝对零度。也就是说比宇宙空间（外太空温度）要低180倍。

2、非同一般的磁场和气压环境

磁场环境被屏蔽到极低，比地球磁场环境还要低5万倍。其次，也处于高真空环境中：压强比外界的标准大气压还要低100亿倍。

功耗极低，且基本不会增加

因为CPU是由超导材料构成的，且被放置几乎接近绝对零度的环境里，而超导处理器的电阻为0，工作的时候是不产生热量的，所以CPU理论上是没有功耗的。

实际上是CPU系统是有功耗的，因为制造和维持CPU这样苛刻的环境是需要耗费电力的，这个功耗就是整机功耗。与传统的超算和大型计算机相比，可以说功耗极低，功耗不到25千瓦。

还有一点就是即使处理器量子位的不断增加，而整机功耗依然不变。因为不管量子位多少个，冷却系统依然是一样的。

D-Wave 2000Q™系统值得我们深思

量子计算机并非天方夜谭

说到量子计算机，大家肯定认为基本都是在实验阶段，说到实用真的是天方夜谭。其实D-Wave已经把量子计算机商用化，虽然很多客户都是国家机构和科研机构，但是我们普通人也可以通过它提供所谓的量子云尝试接触量子计算的魅力。

当然，你富可敌国的话，也可以直接购买D-Wave 2000Q，也可以买回家玩玩，有钱真的可以买很多东西。

量子计算机会扮演新角色，依然离不开传统计算机

很多人对量子计算机有个误区，认为量子计算机会取代传统计算机。其实无论量子计算机还是传统计算机，都有它自己实际用处。量子计算机的出现只会让计算机更加细化，就像超算出现一样，我们对科学计算又有一种新的解决方案和工具。

实际上，量子计算机的用户界面输入输出依然是传统计算机，还有量子计算机整个运行环境也是传统计算机进行实时监控。总的一句话就是量子计算机依然离不开传统计算机。