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退火量子计算，正释放商业价值......
光子盒研究院出品
量子计算 (QC) 正处于改变我们现代数字世界运作方式的边缘。量子计算机能够理解并克服人类现在和未来面临的一些重大挑战；它们可以找到令人难以置信的复杂问题的解决方案，比经典计算机所能做到的更胜一筹。
然而，市场上充斥着反对者，批评者认为量子存在炒作问题，其泡沫很快就会破裂，将我们所有人抛入量子之冬的深处。
这些愤世嫉俗者大错特错。
在众多行业中，我们看到越来越多的企业使用当今的量子技术来解决复杂的现实世界商业问题。
这表明，量子未来不再是一种假设的好奇心。它甚至不是徘徊在不久的将来的东西。商业量子时代已经到来，它的变革潜力极其真实。
虽然有些人将量子计算仅定义为门模型模式，但事实上，有两种主要类型的量子计算——退火和门模型。通用门模型量子计算，也称为通用量子计算，是最强大和最灵活的量子计算机类型，但很难构建和维护量子比特的稳定性；就应用而言，量子退火器是最不灵活的量子计算机类型，但很容易构建稳定的量子退火处理器和量子比特。
目前，唯一能够处理当今真实商业问题的量子计算技术是量子退火：量子退火能够在多维环境中找到最低点，这使得它非常适合应对企业通常面临的、无数的、复杂的优化挑战。
退火量子计算机也更容易扩展，这就是为什么D-Wave公司自己的Advantage系统目前已经超过5000个量子比特、且它们对错误的敏感度要低得多的原因，这意味着它们可以为棘手的问题提供良好的解决方案，而无需纠错。由于优化问题在企业中普遍存在，所以量子退火在整个量子计算总可寻址市场 (TAM) 中占了很大一部分。 然而，许多批评者仍然热衷于淡化量子退火的重要性，认为只有在基于门的替代模型得到充分发展后，商业化的量子未来才会到来。
许多量子开发者正在努力创建门模型解决方案，并忽视了量子退火的商业价值。但门模型系统至少要经过七年或更长时间的研发，才能看到可以处理真实世界规模问题的进展，而量子退火现在已经实现了这一目标。
量子退火（也包括绝热量子计算）是一种量子计算方法，通过利用量子物理学特有的特性，如量子隧穿、纠缠和叠加，来寻找涉及大量解决方案的最优解。
绝热过程是热力学中常用的一个术语。例如，为了硬化铁，可以提高温度，使分子速度增加，形成强大的化学键。通过缓慢冷却，稳定这些键的过程在冶金学中被称为 “退火”。量子退火的工作方式类似，温度被能量所取代，通过退火找到最低能量状态——即全局最小值。
如何具体比较它与其他QC方法呢？
虽然已有的量子方法看起来是完全独立的，但相交集并不是空的：它们为量子计算的实际应用提供了不同的视角。
- 通用量子门模型是基于使用稳定的量子比特创建量子结构，用量子电路解决当今的问题。然而，量子比特很难保持稳定。这个问题随着量子比特数量的增加而增长。因此，通用量子门模型计算机只限于实验室，还没有实际应用。
- 量子退火提供了一种专注于解决NP-hard问题的方法，与门模型量子计算相比，受噪音的影响较小。这一特点允许更多的量子比特使用，因此对具体问题的参数也更多。
那么，量子退火是如何工作的？
在量子退火机器中，每个状态都可以表示为一个能级。通过利用量子比特的叠加和纠缠特性，在短时间内对这些状态进行模拟，并得到最低能量的结果：最低能量状态给出了最优解或最可能的解。
例如，让我们考虑一个旅行推销员问题。想象一下，一个推销员需要在50个不同的城市停留，并以最小的距离返回到起点。从数学上讲，这个问题有50种不同的解决方案。由于我们正在寻找最短的距离，我们需要找到最小的能量情况，换句话说，全局最小(global minimum)。通过计算所有的可能性来寻找最短路径，是一个在时间和能量上都很昂贵的方法，对于许多复杂的问题，这几乎是不可能的。
使用量子退火方法，这个问题可以用一种叫做“耦合量子比特(coupling qubit)”的方法设计。由于应用于量子比特的不同磁场，相邻距离作为一个能量参数被添加到设计中。
利用纠缠特性，每个量子比特都可以影响另一个的状态，每个解决方案都会创造一个新的状态。量子退火机器可以计算出这些状态之间的最低能量水平——这相当于最佳解决方案。
这里的另一个重要点是量子隧穿特性。有了这个功能，状态之间的转换是瞬时的。这意味着，能级之间的转换不需要电子爬上“障碍物”，它们只是穿过了势垒。
尽管量子退火并不像量子计算机那样广泛适用，但它在短期内很有前途：这是因为它在本质上对噪声具有弹性。
尽管可能仍有一些反对者，但企业和政府并没有等待。许多人正在研究如何利用当今的量子技术来解决无数优化问题，并释放从运营效率、成本削减再到加速创新、收入增长的一切。 事实上，一项调查显示，超过80%的受访者计划在未来两三年内增加对量子计算的承诺；超过三分之一的受访者每年将投资1500万美元或更多用于量子计算工作。
今天，几乎每个行业都可以从应用量子退火技术解决商业问题当中受益。
例如，在金融服务领域，今天的量子解决方案可以应用于开发客户忠诚度和奖励分配应用程序。虽然忠诚度奖励计划代表着银行强大的收入驱动力，但由于需要导航大量数据，因而确保客户获得最相关的奖励和优惠是一项极其复杂的挑战。使用量子混合解决方案，金融服务公司可以通过跟踪和完善预算的使用方式、优惠的分配方式以及向每个持卡人分配的优惠数量来优化客户忠诚度计划。
采用当今量子退火解决方案的另一个成熟行业则是供应链和物流。我们看到，为了帮助优化货物的包装、装载、运输和分销，全球制造商和运输港口正在探索量子技术——这可以将集装箱的装载、分拣、排序和交付方式优化几个百分点，相当于每年节省数百万美元。 在公共部门，为了解决从公共交通优化、机场人员调度再到电网等问题，世界各国政府正在加倍投资于近期量子技术，并开始探索大量基于量子退火的应用。
我们还看到，人们对量子退火技术的兴趣有所上升，这有助于当今军队在国家安全和导弹防御优化方面的努力。
目前，已经有厂商提供了商业化的量子退火解决方案，而通用的量子计算解决方案正处于早期研究阶段。
成立于1999年的D-wave是第一个引入量子退火方法以实现量子计算机的公司。2011年，世界上第一台商用量子退火机由D-Wave公司开发，运行在128量子比特上，价格约10000万美元；2019年2月，D-Wave宣布了Pegasus——一个由5000个低噪声量子比特组成的量子处理器芯片。
目前，已经报道了两种类型的退火处理器：(a)具有相邻自旋-自旋耦合的稀疏模型（量子退火机）和(b)具有所有自旋-自旋耦合的完全耦合模型（受量子启发的CMOS型退火机）。D-Wave公司的技术路线属于第一种，目前5000量子比特Advantage可以相互连接的量子比特数量只有15个。
富士通的数字退火方法是利用数字计算机架构对量子退火进行模拟，是利用CMOS电路进行量子退火模拟——正是第二种技术路线。一旦这种全连接的退火系统扩大规模，可能颠覆仅局部连接的D-Wave量子退火机。
全连接量子退火的另一个参与者是日本NEC公司。在2018年12月12日，该公司推出了一个开发量子退火机的研究计划；2022年底，已经成功地展示了使用超导参量量子比特的量子退火操作。
尽管许多人将QC仅仅等同于门模型系统，从而淡化了其在当今的可行性，但当我们将重点扩展到理解所有类型的量子计算机和量子混合应用时，这种观点是一维的、并不准确。事实上，我们现在正在积极见证退火量子计算解决一系列具有计算挑战性的重要问题，这证明，该行业不必等到门模型解决方案问世后才开始从量子技术中受益。 在围绕QC未来的讨论中，虽然保持谨慎且实事求是很重要，但看到它目前正在推动的近期应用也着实令人兴奋。
参考链接：[1]https://research.aimultiple.com/quantum-annealing/[2]https://www.forbes.com/sites/forbestechcouncil/2023/03/31/what-quantum-winter-the-truth-about-the-maturity-of-todays-quantum-technology/?sh=90984c9400d3[3]https://www.dwavesys.com/solutions-and-products/product-overview/
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