作者:普渡大学凯拉·怀尔斯 普渡大学的研究人员正在建造一台概率计算机，它可以弥合经典计算和量子计算之间的差距，更有效地解决药物研究、加密和网络安全、金融服务、数据分析和供应链物流等领域的问题
信用:格温·克拉瓦尔 “你看，自然是无法预料的
你指望用电脑怎么预测？”美国物理学家理查德·费曼在1981年的一次计算机科学家会议上说
40年后，普渡大学的工程师们正在建造费曼设想的那种系统，这种系统将通过模仿自然的方式克服今天经典计算机的局限性:“概率计算机”
" 该团队认为概率计算机可能会更快地解决量子计算机会解决的一些问题，因为它不需要全新的硬件或极冷的温度来运行
优化问题是比传统计算机更有效解决的一系列问题之一——从大量解决方案中计算出最佳解决方案的能力，例如确定商品进入市场的最佳路线
2019年，日本普渡大学和东北大学的研究人员展示了一种由“p位”制成的概率计算机，它能够解决通常针对量子计算机的优化问题，这种计算机是由量子位构建的
“传统上，概率只能是正数
另一方面，量子位似乎受概率控制，概率可以是负数，甚至是复数，”普渡大学电气和计算机工程托马斯·邓肯杰出教授、普渡大学团队负责人苏普利约·达塔说
“但是有一个有用的问题子集可以用量子位来解决，也可以用p位来解决
你可能会说p位是“穷人的量子位”
" 模仿自然的进步 为什么要求助于一种全新的计算方式？只需看看一杯咖啡中的“自然”，谷歌和国际商用机器公司等公司正在开发的量子计算机还没有开发出来
咖啡因的分子结构如此复杂，以至于经典计算机无法完成完全理解它所需的计算
这是因为咖啡因可以存在于1048种不同的原子结构中，或者说是“量子态”
“一台经典计算机一次只能处理一个量子态，它需要像自然界一样同时处理多个态来捕捉咖啡因
这一障碍不仅阻碍科学家更好地理解咖啡因的行为，也阻碍他们更有效地解决药物研究、加密和网络安全、金融服务、数据分析和供应链物流方面的问题
如果计算机能够考虑更多的变量并同时处理它们，那么这些领域中的每一个都会得到显著的提高
普渡大学的研究人员将概率计算视为从经典计算到量子计算的一步
“我认为，我们可以想象并非常快乐，”费曼说，“有一个概率性质的概率模拟器，在这个模拟器中，机器并不完全做自然做的事情，但是[……]你可以用相应的精度得到相应的概率
" 不“走量子化”解决量子问题 像经典计算机一样，概率计算机能够在室温下以0和1的形式存储和使用信息
像量子计算机一样，概率计算机可以同时处理多个0和1的状态——除了一个p位会在0和1之间快速波动(“概率”)，而一个量子位是0和1的叠加
在芯片上，这些波动在p位之间是相关的，但在量子位中是纠缠的
未来的想法是调整常用的存储技术，称为磁隧道结的设备，故意不稳定，以便p位可以波动
自2019年展示概率计算机硬件并通过普渡研究基金会技术合作办公室获得专利以来，该团队还利用现有的硅技术，使用亚马逊网络服务公开提供的传统硬件，模拟了一台具有数千个p位的概率计算机
研究人员在过去的一年里发表了几篇论文，内容涉及集成单个硬件组件的发展、如何使系统在更大范围内工作的建模，以及如何从头开始确保能效
“关于p位最佳实现的结论还没有出来
但我们正在展示什么是有效的，这样我们就可以一路走来搞清楚，”普渡大学的巴里·M·乔格·阿彭策勒说
帕特丽夏·洛
电子和计算机工程教授
该大学的概率计算研究属于一项名为普渡-P的倡议
该倡议是普渡大学概率自旋逻辑计算进展发现公园中心的一部分，由半导体研究公司支持
和国家科学基金会
该小组的工作也得到国防高级研究项目局的资助
研究人员可能是唯一名义上开发概率计算机的人，但该领域的其他人正在使用不同的材料和范例开发类似的技术
“作为一个领域，我们着眼于我们还不能解决的计算问题，并思考，“有数字计算，有量子计算——还有什么呢？“有很多东西你可以从很高的层面称之为‘概率计算’，”前普渡大学博士后研究员凯雷姆·卡姆萨里说，他作为加州大学圣巴巴拉分校的电子和计算机工程助理教授继续与该小组合作
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