量子计算机简史后浪书籍

内容提要：

        被谷歌和NASA联手宣布“快出一亿倍”的计算机是怎样诞生、如何运行的？ 
    量子计算机有望推动人工智能等多个领域的飞跃性发展，为何却会遭到质疑？ 
    追求“量子霸权”的角逐当中，是谁迈出了OO的OO步，谁又能从哪些方面弯道超车？ 
    加拿大D-Wave公司研发的量子计算机虽然从问世之初便饱受质疑，但仍旧赢得了洛克希德·马丁公司、谷歌及NASA等客户，并在OO范围内引发了量子计算机研发的更大热潮。D-Wave量子计算机虽然诞生在北美，但其采用的量子退火理论和基本技术都是由日本科学家率先提出的。 
    西森秀稔教授正是量子退火理论的提出者之一，他与本书另一位作者大关真之副教授一直在量子计算领域的OO线从事研究，他们用尽可能简单而精准的语言，为普通读者拨开纷繁的迷雾，介绍关于量子计算机O核心的真实信息。

精 彩 页：

    谷歌与美国国家航空航天局的新闻发布会 
    2015年12月8日，位于美国硅谷的美国国家航空航天局艾姆斯研究中心召开了一场具有历史意义的新闻发布会。参加发布会的除美国国家航空航天局外，还有美国高校空间研究协会（USRA)和谷歌公司。在过去两年里，他们使用加拿大D-Wave系统公司（以下简称“D-Wave公司”）的量子计算机进行了性能测试，并在此次发布会上公布了其测试结果： 
    “D-Wave量子计算机的运行速度比经典计算机快1亿倍。”这一惊人成果不但被专业媒体报道，也见诸《华盛顿邮报》等综合性报纸。 
    “快1亿倍”是什么概念?简单来说，就是经典计算机需要耗费1亿秒的工作，量子计算机仅需1秒就能完成。1亿秒相当于3年2个月。实际上，计算机的运算速度会因问题不同而异，并不能如此简单化地理解，但大致就是这个意思。也就是说，某些情况下，过去需要耗费大量时间和成本进行的运算，量子计算机瞬间就能完成。这种计算机的问世无疑会引发人们的惊叹。 
    量子计算机的构想和研发始于20世纪80年代。当时人们认为，至少要到21世纪后半叶，量子计算机才能问世。然而就在几年前，D-Wave公司却开始销售商用量子计算机，而且其性能已经得到了美国国家航空航天局和谷歌的验证。 
    正如大家所知，计算机使用0和1这两个数字信号来处理信息。0和1可以分别用高电平和低电平来表示。在中央处理器中，由晶体管组成的逻辑门针对代表0和1的信号输入返回相应的信号，从而实现运算（参见OO11页）。0和1称为“比特”。 
    量子计算机则是利用量子力学原理，使用处于0和1叠加态的量子比特来进行运算。所谓0和1的叠加态是指既是0又是1的状态。尽管这种状态不符合我们的直觉，但在量子力学的世界里，我们的常识是行不通的。 
    在过去，使用量子比特进行运算只是指将操控量子比特的逻辑门组合起来进行运算。也可以说，只是运用量子力学原理，来扩展经典计算机的运算方法。但经典计算机的性能已经逐渐达到极限，因此人们开始寄希望于高性能量子计算机的研发。 
    由于制造技术方面的困难，人们一般认为量子计算机还需数十年时间才能问世。不过现在，已经有一家加拿大厂商研发出全新模式的量子计算机，并实现了商用化。 
    过去人们一直研发的量子计算机采用的是量子门（量子线路）方式，而O近几年突然实现商用化的量子计算机采用的是量子退火方式。量子退火的运算方法与量子门截然不同因此从刚刚获知其实现商用化的新闻直至O近的报道当中，媒体和对此感兴趣的普通读者无不好奇—量子退火到底是什么。 
    本书作者之一西森秀稔是量子退火理论的提出者。虽然迄今为止，我已经在各种媒体介绍过支撑新型量子计算机的量子退火的原理和意义，但对于非专业人士来说，这些内容确实很难理解。因此，为了让没有专业知识的人也能理解，为了用O通俗易懂的方式向普通人介绍，我特意写了本书。 
    量子退火计算机之所以受到关注，很大程度上是由于人们对其在人工智能领域的应用满怀期待。人工智能的实现及相关的研发工作会给未来的社会带来巨大影响，新型计算机具有充分潜力提高人工智能的性能，并大幅加速其应用进程。 
    7-11

作者简介：

    大关真之，1982年出生，2004年东京工业大学理学部物理专业本科毕业，2004年骏台预备学校物理专业兼职讲师，2006年东京工业大学研究生院理工学研究科物性物理学专业硕士毕业，2008年东京工业大学研究生院理工学研究科物性物理学专业博士提前毕业，2008年东京工业大学政企学联合研究员，201O年京都大学研究生院信息学研究科系统科学专业助教，2011年罗马大学物理专业科研项目研究员，现在  东北大学研究生院信息科学研究科应用信息科学专业副教授、博士（理学）。  
    研究方向：统计力学、量子力学、机器学习  
    2009年度手岛精一纪念研究奖OO论文奖，第6届日本物理学会青年作者奖，2016年度日本文部科学大臣表彰青年科学家奖。

目录：

量子计算机与人工智能的新时代 
OO章    “快1亿倍”的计算机 
    谷歌与美国国家航空航天局的新闻发布会 
    用量子计算机解决组合优化问题 
    量子计算机可用于人工智能等多个领域 
    是实验设备，不是计算机 
    什么是量子退火 
    来自加拿大创业公司的挑战 
    给量子比特施加横向磁场 
    通过量子隧穿效应找到答案 
第2章    量子退火机的诞生 
    D-Wave公司 
    费曼的构想 
    用超导实现量子比特 
    商用量子计算机的研发 
    量子人工智能实验室的诞生 
    奇美拉图瓶颈 
    北美的研究盛况和今后趋势 
第3章    O优化问题的解法和人工智能领域的应用 
    如何解决流动推销员问题 
    什么是退火 
    穿过能量之山 
    求解四色问题 
    机器学习与深度学习 
    通过量子退火进行聚类分析 
    用D-Wave量子计算机进行采样 
第4章    量子计算机创造的未来 
    聚集在北美的研究者们 
    低电力消耗有助于解决环境问题 
    推动人工智能领域的发展 
    医疗、体育等领域的应用前景 
    也可用于法律和考古学领域 
    传感器打造更人性化的人工智能 
    奇点会到来吗 
第5章    不可思议的量子世界 
    什么是量子力学 
    叠加的悖论 
    不确定性原理 
    量子噬穿效应 
    图灵机与量子线路 
    日本研发的量子比特 
    多种多样的量子计算机 
第6章    量子领域将来的发展趋势 
    基础研究绽放出意外之花 
    既要严谨也要胆大 
    跨领域的创新精神 
    软件方面仍有待开发 
    OO摩尔定律 
    意识转变创造全新社会 
    日本会有OO世界的一天吗 
后记 
出版后记