D-Wave宣布了其下一代计算硬件的详细信息，称其为“ Advantage”，并发布了一系列描述该机器某些性能特征的白皮书。尽管即将发布的系统的一些细节已在较早之前披露，但Ars还是有机会参加了D-Wave用户小组会议，其中包括产品dDsign公司副总裁Mark Johnson和资深科学家Cathy McGeoch的演讲。我们还坐下来与D-Wave的首席产品官Alan Baratz讨论硬件。他们让我们对明年该机上线时的期望有所了解。
D-Wave的硬件执行一种不同于Google，Intel和IBM等公司追求的计算形式。这些公司正在尝试构建一种能够执行常规计算的基于门的量子计算机，但是它们在扩展量子位数量和限制计算中出现噪声方面遇到了已知问题。D-Wave的量子退火炉在可解决的问题类型上受到更多限制，但其设计使量子位的数量更容易扩展，并限制了噪声的影响。
最简单的想到D波就是探索充满丘陵和山谷的能源景观。它专门在这些景观之一中寻找最低的山谷，并通过使用量子效应“隧道”穿过中间的山坡，避免陷入局部山谷。可以将其用于执行计算，但前提是可以对计算进行结构化，使其看起来像是能量最小化问题。
以此类推，您可以探索的景观数量大致等于您能够解决的问题的复杂性，并且这两者都需要增加更多的量子位。这是新系统带来的重大变化之一：尽管当前一代的最高存储量约为2,000量子比特，但下一代将有5,000量子比特，从而使其能够处理更复杂的计算。杰克逊(Jackson)通过讨论如何对称为旋转玻璃晶格的物理系统进行建模来给出具体数字。先前的版本可以处理8x8x8的点阵;新的可以做15x15x12。
计算复杂度的另一大提升是量子位之间的连接，这是使系统表现为单个单元所必需的。当前一代的芯片在其2,000量子位之间具有6,000个连接，但是下一代系统将在其5,000个中具有40,000个连接。特定量子位之间的连接对于计算至关重要。如果没有直接连接两个量子位，则系统将不得不确定其他量子位，以弥合两个关键位之间的差距，形成所谓的链。这不仅会减少计算所需的量子位，而且链还会产生潜在的故障点。
巴拉茨告诉Ars：“如果没有连锁店，您将获得答案，可能性很高。” “如果有很多相对较短的链条，那么您会做得很好。如果其中有很多较长的链条，则概率开始下降。” 通过如此增加连接数，对链的需求急剧下降，计算结果更有可能代表全局最小值，而不是局部最小值。
D-Wave关于新芯片的议程中的最后一项是降低单个qubit的噪声-巴拉茨表示，降低幅度约为三到四倍。显然，较低的噪声使一个qubit在测量时更可能处于正确的状态。但这也对逃避局部最小值所需的隧穿具有重大影响。巴拉茨说：“这意味着隧道传输速率提高了约7倍。”
这也使您必须重复计算几次才能对最佳答案有很深的了解。“我们的系统是一个概率系统，从某种意义上说，您有可能获得正确的解决方案，”他继续说道。“您总是会得到一个好的解决方案，但是正确的解决方案，[您]的最佳解决方案有一定的概率。因此，您要运行多次才能获得正确的解决方案。对于[a]特定问题，采用低噪声技术，正确的可能性要高25倍，因此我们可以使其运行速度提高25倍。” (McGeoch分别表示，根据计算，提速可能在5到100倍之间。)
大筹码
所有这些都带来了令人印象深刻的统计数据，约翰逊在演讲中对此进行了描述：单个芯片具有超过一百万个约瑟夫森结和100米以上的布线。D-Wave不仅必须为这些芯片进行设计，而且这些改进还需要对整个过程进行仔细的控制。当被问及如何降低片上噪声时，Baratz回答说：“我们已将处理器上的材料更改为杂质更少，因此对环境影响较小的材料。这使我们可以做的是保持较长时间的一致性，并提高隧道传输速率。”
为此，D-Wave搭建了一个系统，在该系统中，公司会构建芯片的基础(包括其一些布线)，然后再将其发送到Palo Alto的D-Wave工厂。在那里，D-Wave添加了量子比特和一些支持硬件，然后将其发送回原始晶圆厂以添加更多电路。该循环使该公司可以向现有的新一代芯片中添加一些功能，例如增强的连接性和低噪声，这正是该公司某些性能要求的来源。
该公司可以完全控制的另一件事是芯片与外界的接口。除了选择可以在绝对零附近的温度下运行的硬件之外，性能的关键决定因素是系统将计算排队，配置处理器以运行它们，然后提取答案(或采样时的答案)。巴拉茨说，尽管该系统是由标准处理器制成的，但由于具有处理矩阵数学和数模转换的能力而被选择，这是管理量子退火器所必需的。
对于下一代硬件，D-Wave试图大幅降低系统的延迟。这部分是为了满足用户需求;正如我们将在后续文章中讨论的那样，许多用户发现他们需要执行多个退火步骤，这是传统计算机程序流程的一部分。降低等待时间意味着程序的常规部分花费更少的时间等待D-Wave硬件的结果。
虽然距离D-Wave的云服务中出现的下一代芯片还有将近一年的时间，但该公司已经对超出这一范围的一代感到乐观。“我们正在继续使用甚至可以进一步降低噪声的新型电介质，我们正在寻找可以使我们的下一个系统的噪声至少降低10倍的电介质技巧。我们正在研究允许我们也许会再次将连接性提高一倍，我们正在制造其中的一些。”