No017 专题:探索量子计算机的真实形象

编号017

专题:探索量子计算机的现实

专家访谈专家访谈

先生大关雅之

现实世界充满了未开发的优化问题

── 您尝试使用 D-Wave 机器解决了哪些问题?

首先,我尝试解决一个类似数独的谜题。花在解决谜题上的时间本身就是宝贵的时间,但现实世界中有无数类似谜题的问题和组合优化问题并不容易解决。这些正是量子退火机擅长解决的问题。

优化问题的一个典型示例是为零售店的兼职工作创建时间表。假设有几个绩效不同的兼职工人。试图制定一个时间表,让每个兼职工人在工作时间都有休息,让每个人均匀工作,并最大限度地提高工作场所的整体绩效,就像解决一个难题一样。管理机场飞机的起飞和降落是一个类似的问题,世界上每个行业都存在类似的问题。最近,为了构建一个能够在海啸等灾害期间有效引导疏散的实时系统,我们一直与东北大学国际防灾研究所和网络科学中心的高级研究人员合作,他们已经产生了许多研究成果。我们还在您的智能手机上提供了一个应用程序,您可以使用该应用程序来查找突然面临灾难时应该疏散的地方。

然而,尽管这些问题很常见,但很难获得最佳解决方案。结果,你最终决定了一个没有太多优化的时间表,或者你最终依赖于像谜题大师这样的专家。如果我有使用量子计算机瞬间解决这些常见问题并取得巨大成果的经验,我想世界上的工作方式将会彻底改变。

── 能够瞬间解决你已经放弃解决的问题,就像做梦一样。

实际上,如果仅比较简单的计算速度,当前的量子计算机将无法与最新的超级计算机竞争。然而,使用超级计算机需要先进的技能和大量的工作时间,而量子退火则不需要。量子退火不需要开发任何算法或程序来指定解决问题的步骤。你所要做的就是提出问题,就会得到解决方案,因此解决问题所需的总时间大大减少,用户的负担也大大减轻。

充分发挥其潜力,培养习惯使用量子计算机的人力资源

── 当我听说无需开发程序就可以解决难题时,我的印象是它将成为比传统计算机更熟悉的工具。

我也对无需用户考虑计算过程就能获得解决方案的奥秘感到着迷。同时,由于不需要思考解决方案,我想先于其他研究人员同时解决各个行业面临的问题。

如果量子计算机被用来解决现实世界的问题,并产生一个又一个有用的结果,例如“改善商业运营”和“增加利润”,社会自然会意识到它的价值。如果我们这样做,我们一定会培养出许多具有解决问题能力的人力资源。可以肯定的是,从现在开始,全世界使用量子计算机的人数将会增加。我认为,培养适应新时代问题解决方法的人才是大学的使命。因此,我们让学生获得在其部门和实验室之外使用 D-Wave 机器解决问题的经验。我们还聘请本科生作为兼职人员,积极解决企业给我们带来的各种问题。

用数学公式表达应用题的技能

── 听说你们正在培养具有量子计算机解决问题经验的人,但是如果不需要开发程序,需要获得什么样的经验呢?

当然没有必要开发问题的解决方案并将其编写为程序。然而,为了将世界上用文字表达的问题输入到D-Wave机器中,需要将它们转换成数学公式。

── 初高中数学考试中,有一种叫做文字题的东西。如果你能用数学的方式表达这个问题,即使你因为解题不正确而没有得到一个圆形,你也可以得到一个三角形。是这样的吗?

是的。将其表述为数学公式是有技巧的,如果你了解了量子计算机的特性,然后将其转化为数学公式,那么解决问题就会变得更容易。当你实际使用几次并积累经验时,你就会明白其中的要点。

这是执行量子退火的基本关系表达式。如果你以这种格式写下你想要解决的优化问题,量子退火就会立即执行。
T-Wave 公式示例

── 首先,量子计算机要解决的问题是传统计算机不擅长的问题,对吧?如果是这样,那么在开发程序来解决这些问题之前,可能有许多问题没有被表达出来。

没错。企业给我们带来的问题常常是用文字来描述的。过去,许多这样的问题都是由该领域经验丰富的拼图专家利用他们的直觉、经验和精神来解决的。在这种情况下,问题不太可能被表达为数学公式。

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