展現落地應用!富士通的量子電腦夢,為什麼從「數位退火」技術開始?
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展現落地應用!富士通的量子電腦夢,為什麼從「數位退火」技術開始?

富士通認為量子電腦很重要,為什麼推出「類量子運算」的技術晶片與伺服器,而非直接往量子電腦的領域進攻?

量子電腦絕對是近期科技界最喜歡談論的議題之一,大型IT服務商與組織都希望能先卡位,佔據未來量子電腦的領導地位,IBM、微軟、Google、Intel等科技巨擘都是量子電腦發展的報名選手。

而富士通(Fujitsu)身為日本第一大的IT服務供應商,同樣認為量子電腦是科技向前邁進的重要核心,但在量子電腦這條路上,為什麼另闢蹊徑推出「類量子運算」的數位退火(digital annealing)技術的晶片與伺服器,而非直接往量子電腦的領域進攻?

何謂退火,又能解決什麼問題?

在了解富士通策略之前,要先理解「量子退火」技術的概念。量子退火技術即是利用量子漲落的特性,在多組候選解答中找尋最佳解的方式。

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透過量子漲落效應,讓量子有機會落於最佳解。
圖/ 富士通

找尋最佳解為何需要透過量子技術,用傳統電腦不行嗎?

舉例來說,在地圖上有5座城市,要找出造訪每座城市的最短路徑,且最終要回到原點,共有120種可能性,但當城市數量為32座,可能性就高達2.63x10的35次方,更別說真實世界複雜性更高的情況所衍伸出的可能性。

「數位退火」技術即是富士通透過模擬量子退火的計算方式,並非真正的量子運算。而應用場景方面,因應退火技術的特性,將能用於交通路徑優化、證券投資風險優化等。從下圖能夠清楚看懂,相較於其他科技公司,富士通的數位退火技術屬於「非量子架構」陣營,且能夠於室溫進行運算。

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D-Wave、IBM等人都屬於箭頭右方為量子架構;左方則為非量子架構,富士通的數位退火技術屬於此,且能於室溫進行運算。
圖/ 富士通

數位退火能解決問題,還能為量子未來做好準備

富士通選擇數位退火技術的原因,最主要仍是因為量子電腦的不確定性、成本,與產品需要商業化的考量。

富士通AI事業總部日本區負責人後藤正智也提到,「不太確定量子電腦在兩、三年內是否成真。」且量子電腦目前仍有許多障礙待克服,如建置低溫環境的成本,以及能夠真實應用的場景。

因此富士通選擇能夠在真實世界派上用場,且具商業價值的數位退火技術,在2018年推出了數位退火晶片DAU(Digital Annealing Unit),今年更推出了伺服器,將採用租賃並提供技術支援的方式收費,在日本也能透過雲端連結使用,全球也將陸續開放雲端功能。

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富士通的數位退火技術能用於製藥、醫學、運輸、金融與製造業等領域。
圖/ 陳君毅攝

富士通的數位退火技術目前已經有許多的場域驗證可行,包含製藥、醫學、運輸、金融與製造業等領域。知名的企業如西敏寺銀行、福斯汽車都是富士通退火技術的客戶。

舉更實際的案例來說,岩槻地區的郵政業務就嘗試導入數位退火技術,用以解決郵件物流的複雜問題。郵局貨車遞送郵件時需要考量的因素相當多,包含成本、工時、種類、載重等,再加上寄送路徑的考量,可能性組合高達10億種,是傳統計算方法難以處理的數字。

數位退火伺服器,一秒算出郵務車最佳路線

在經過數個月的嘗試後,岩槻地區的運送車數量從52輛減低至48輛,整體的成本估計減少了7%。重點是計算時間,透過數位退火晶片只需1秒的時間即可完成。不過,富士通數位退火展示的解說員也提到,透過數位退火計算方式得到的答案,並不能確定是「最佳解」,只能不斷重新計算新的路徑,來找尋最合適的路徑和運送方式。

另外一個案例,則是與化工公司東麗(TORAY)株式會社合作,用於蛋白質架構的預測。傳統電腦需要花上3、4小時還不一定有答案的複雜度,透過DAU晶片能夠在20秒內完成。

這個結果相當令人振奮,因為當退火技術的發展得夠順利、運算能力再提升,將有望改變製藥業的實驗流程。

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圖/ Fujitsu Global

東麗製藥研究實驗室的電腦輔助藥物設計總監Ryuji Tanimura博士就說,過去製藥的流程需要經過多則數百萬次的測驗,最後進行動物實驗。

未來退火技術的效能如果更加強大,希望能將可能性壓至1,000種,甚至是100種以下,這代表製藥的最終流程,將從in vivo(動物實驗),走向in vitro(試管實驗),最終在in silico(電腦實驗)的情況就能完成。

最後,如果要概述富士通在量子電腦方面的策略,就如富士通資深全球產品行銷經理Manju Annie Oommen所說的,數位退火技術能夠解決問題,「而且能讓企業先為量子電腦的時代做好準備。」或者更簡單的來說,數位退火技術,是通往量子運算的橋樑。

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