不用等!富士通的量子计算机梦,先从“退火技术”开始

量子运算(Quantum Computing)是下一时代最重要的技术,强大的运算力有机会推动人工智能大跃进,甚至让科技奇点(Technological Singularity,科技发展到一定程度时,在很短的时间内可能会有极大而接近无限的进步)提前到来。

到那个时候,旧有的社会模式会被遗弃,新的科技规则将主宰世界。也因此全球科技巨头都希望能先卡好位置,占据未来的领导地位,包括Google、IBM、微软都投入巨额资本于量子技术。

日本最大的IT服务商富士通(Fujitsu),也认可量子技术的未来性。不过,与其投入资金在设备昂贵、尚未落地、未商用化的量子计算机上,他们务实地先朝“类量子运算”前进,开发出仿真量子运算的数字退火(digital annealing)技术芯片与服务器,以商用、马上能用为前提,替企业提前为未来做好准备。

何谓退火,又能解决什么问题?

富士通的数字退火标明是“受到量子启发”的技术。而量子退火是通过量子涨落的特性,拥有能在多组候选解答中找到解答的能力。

量子涨落
在量子力学中,量子涨落(quantum fluctuation)允许在“完全空无一物”的空间中出现少许能量,且该能量在极短的时间内会消失。

举个例子来说,如果想知道一片山谷中最低点的位置,可以请一名测量员地毯式搜查,花上大把时间踏遍所有位置获得解答。而退火技术则像是空投一名会分身的测量员,随机出现在山谷中的所有位置,各自回应后,找出真正的最低点。

退火技术最适合适来解决组合优化(combinatorial optimization)问题,如旅行业务员、装箱问题,不过,为何需要通过量子运算,用普通的计算机不行吗?

以经典的组合优化问题“旅行业务员”来说,当地图上有5座城市,如果业务员要找出访问每座城市,且最终须回到原点的路线,总共有120种可能──这种程度传统计算机还能以“暴力”的方式找出所有答案后选出解答,但当城市的数量达到30座,可能性将高达2.65×10的32次方(算法为30!=30×29×28….×3×2×1)时,传统计算机需要花上8亿年才能算出所有的答案,但通过富士通的数字退火技术,一秒内就能获得解答。

富士通投资数字退火技术,最主要仍是因为量子计算机的不确定性。

富士通AI业务总部日本区负责人后藤正智也在富士通论坛上提到:“不太确定量子计算机在两、三年内是否能够成真。”因为量子计算机仍有例如:构建低温环境的成本、真实应用的场景、商用化的考量等许多障碍待克服。

传统方式:
以拼图为例,要找出最佳解答,传统方式是一步步放进拼图,一旦失败了就要从头开始,而且不知道要花多久时间才能成功。
退火方式:
退火方式是在极短的时间内摇晃所有拼图,让它们拼出极大量的候选答案,优势是时间短、有机会获得最佳解;缺点是获得的是“相对”最佳解。

西敏寺银行、大众汽车都是客户

因此富士通选择投入能够在真实世界派上用场,且具商业价值的数字退火技术。他们在2018年推出了数字退火芯片DAU(Digital Annealing Unit),2019年更推出了服务器,采用租赁并提供技术支持的方式向企业主收费。

且富士通的数字退火技术目前已在制药、医学、运输、金融与制造业等领域验证可行,如西敏寺银行、大众汽车都是其客户。

举更实际的案例来说,日本岩槻区的邮局就应用数字退火技术,解决邮件物流的复杂问题。由于邮局货车传送邮件时需要考量的因素相当多,包含运送成本、邮务员工时、包裹种类与重量等,再加上运送路径,可能性组合无限多,用传统计算机几乎不可能找出最佳路径。

但在导入数字退火技术数个月后,邮局运送车数量从52辆减低至48辆,整体的成本估计减少了7%。更大的关键是计算时间,通过数字退火技术只需1秒就能获得解答。

不过,富士通数字退火展示区的解说员也提到,通过数字退火计算方式得到的答案,并不能确定是“最佳解”,需要不断重新计算,相互对比找寻最合适的路径和运送方式。

也因为有许多案例与客户,富士通资深全球产品营销经理曼朱‧安妮‧欧乌曼(Manju Annie Oommen)才说,数字退火技术能够解决问题,“而且能让企业先为量子计算机的时代做好准备。”

或者更简单的来说,数字退火技术,是通往量子运算的桥梁,也是富士通在面对量子技术来临前所选择的策略。