近日，据日本媒体报道，日本国家信息科学研究所等机构证实，他们采用新计算方法开发的高速计算机的性能超过了现有的量子计算机。该计算机名为CoherentIsingMachine，旨在快速解决组合优化问题。
这台新计算机的性能真的能超越现有的量子计算机吗？为此，科技日报记者采访了中科院量子信息重点实验室韩正富教授，了解到这台计算机并不是传统的量子计算机，而是一种特殊的量子计算机。计算机，又称量子退火机、或量子模拟器。
准确来说，这台计算机是日本研究人员利用光学器件打造的量子退火机。与加拿大D-Wave公司采用超导器件建造的量子退火机相比，日本量子退火机在某些指标上有所逊色。相对优越。韩正富说道。
新研制的高速计算机实际上是量子退火机
量子计算机是利用量子力学原理进行计算的计算机。它被认为是一种梦想设备，其计算速度远远快于现有计算机。目前，量子计算行业的目标是打造一台通用量子计算机：一种不仅可以解决任何计算问题，而且计算速度超过当今最快超级计算机的计算机。韩正富介绍。
事实上，量子计算的概念早在20世纪80年代就被提出，其基础理论也在20世纪90年代和本世纪初取得了突破。然而，真正通用的量子计算机尚未发布。
研制通用量子计算机难度很大，目前还没有重大突破。韩正富表示，所以有科学家另辟蹊径，研制出了一种技术难度相对较低的专用量子计算机，即量子退火机。
退火的概念源于金属加工领域。是指将金属加热到高于再结晶温度并保持一段时间，然后缓慢冷却。所谓量子退火，是指当量子微观系统被缓慢控制时，量子态也会发生微妙的变化，最终趋向于能量最低的基态。这与金属退火现象非常相似，因此相关的量子计算机被称为量子退火机。
这方面的典型代表是加拿大公司D-Wave。他们构建了一个基于超导设备的量子退火机，可以运行一些特定的算法。近年来它受到更多关注。中国科学院量子信息重点实验室副教授屠涛表示。
受加拿大D-Wave公司成功经验的启发，原美国斯坦福大学教授Y. Yamamoto回到日本，与日本电报电话公司、国立情报科学研究所的日本同事共同开发日本的量子退火机。
与使用超导器件的加拿大公司D-Wave 不同，日本研究小组使用了他们熟悉的光学技术。韩正富说道。
日本山本研究小组于2016年在期刊《科学》上报道了他们的100自旋量子退火机。随后，近年来相关文章不断发表，其量子退火机的自旋数量也从100增加到50,000。
近日，山本研究组在《全联通、可编程的100个自旋的CoherentIsingMachine》子刊《科学》杂志上报道了他们的50,000自旋CoherentIsingMachine，并与加拿大D-Wave公司的2,000自旋量子退火机合作。比较指出前者在某些指标上表现更好。
关于计算性能排名目前还没有定论。
屠涛表示，量子退火机之所以受到关注，是因为这种计算机能够快速解决组合优化问题，而这正是机器学习、深度学习等计算处理技术需要解决的本质问题。
组合优化问题是指在给定一些约束的情况下寻找多变量目标函数的最小值。这个最小值也称为全局最优解。通常，寻找全局最优解是非常困难的，往往只能找到局部最优解。组合优化问题在现实生活中非常常见，例如在运输货物时寻找最优路径，或者在分配大量人员时寻求最优调度。
从计算科学的角度来看，寻找全局最优解的计算难度随着问题规模的增加而增加。屠涛表示，当问题规模变大时，组合优化问题中会出现更多的变量。此时目标函数也会变得更加复杂，可能会出现大量的局部极小值点，使得寻找全局极小值变得异常。困难。
韩正富告诉记者，通用量子计算机很难解决这类问题。如果用现有的电子计算机来解决组合优化问题，将需要很长的时间。然而，使用量子退火器，这个问题可以在一个周期内解决，花费的时间相对较少。
对于日本媒体声称采用新计算方法的高速计算机比现有量子计算机性能更好，天津大学计算机科学与技术系教授曲日表示，理论上，学术界还没有事实证明，量子计算和经典计算、CoherentIsingmachines，哪一个一定比另外两个更有优势。只能说，从一般学术角度来看，日本研究人员在CoherentIsingmachines量子计算模型上发现了针对特定问题优于经典计算机现有算法的算法，即计算复杂度更低的算法。库里说道。
量子计算的力量只是理论上的预测
那么，采用同样的量子退火方式，相比加拿大D-Wave公司研发的量子退火机，日本研发的机器性能优势在哪里呢？
目前，加拿大D-Wave公司用于构建量子退火机的超导装置的可控量子比特数为2000个。相比之下，日本使用的光学器件中的可控量子比特数量已达到5万个。由于后者具有更多的量子比特数，因此可以解决更复杂的问题；同时，后者的底层器件是光学器件。与加拿大D-Wave公司的超导装置相比，该机无需在低温环境下保存，稳定性高，可控性好。
涂涛告诉记者，除了量子计算机、量子退火机之外，还有很多被寄予厚望的后备选手，而且他们都拥有非凡的技术。
例如，超导磁通器件可以替代传统的半导体器件形成超导计算机。其优点在于能耗低，有望应用于超级计算机等高能耗领域。另一个例子是非线性光学器件，它可以代替传统的半导体器件形成光计算机。其优点是具有大量的光学模式，有望应用于并行计算领域。此外，还有被称为变形金刚的模仿计算机，以及以生物形式构建的DNA计算机。
下一代计算机在传统计算机的基础上，正逐步向大数据、人工智能、移动互联网、云计算等方向发展，这些构成了我们当前计算技术的主流发展方向。一些相关技术甚至已经应用到日常生活中。曲日表示，还有一些新的计算方法，目前还处于实验室研究阶段，距离人们的现实生活还很远。
迄今为止，世界上还没有真正的量子计算机，但世界各地的科学家正以极大的热情为实现这一梦想而努力。
量子计算机给计算概念带来了新的面貌。这就是量子计算机和其他计算机，比如光学计算机、生物计算机等的区别，它们的作用远远不止解决一些经典计算机无法解决的问题。韩正富表示，我们说量子计算机具有强大的计算能力，但目前还只是理论上的预测。至于量子计算机能达到什么样的结果，目前还是一个未知数。
