概率计算机可能在某一天能够很好地处理一些远超标准计算机的问题，同时避免当前困扰量子计算的许多硬件挑战。现在，科学家们揭示他们创造了迄今为止最大的概率计算机，拥有100万个“概率位”（p-bits），一项新研究表明，这为构建更大机器指明了方向。概率位在常规计算机使用的位（bits）和量子计算机使用的量子位（qubits）之间架起了桥梁。位将数据表示为0或1。量子位由于量子物理的奇异特性，可以同时存在于0、1或二者之间的任何状态。相比之下，概率位在0和1之间以可调的概率翻转。为什么要进行概率计算？在0和1之间来回翻转的位似乎毫无用处——确实，在常规计算机中，这种噪声太大，无法操作。然而，当许多这样的噪声位以相关方式一起操作时，它们可以用于解决一整类问题——也即基于概率而非具体数字的随机问题。这包括优化问题，例如寻找交付一组包裹的最短路线。还有其他类型的机器也旨在处理随机问题，例如二次无约束二元优化（QUBO）设备或伊辛机器。然而，与这些设备不同，概率计算机并不是为单个问题硬件设计的，而是可编程的通用机器，加州大学圣巴巴拉分校电子与计算机工程副教授Kerem Çamsarı说。在2019年一项《自然》研究中，科学家们开发了一台具有八个p-bits的概率计算机。到2023年，研究人员已构建出一台拥有7200个p-bits的机器。然而，这些设备都被限制在一个单一芯片上。将多个此类芯片网络连接在一起并不如常规GPU或CPU简单：该机器依赖于相关波动，而在一组导线上同步这些波动并不是一件容易的事情。这引发了对概率计算机是否能够扩展到更大规模以及如果尝试扩展可能面临什么问题的疑问。（左）一台拥有100万个概率位的计算机概念图；（右）使用可编程逻辑阵列（FPGAs）实现该概念的硬件图示——用户可以在生产后重新配置的电子芯片。Navid Anjum Aadit，Xiuqi Zhang等人 连接起最大的概率机器 现在，在一项新研究中，Çamsarı及其团队创造了迄今为止最大的概率计算机，拥有100万个p-bits，分布在多个芯片上。他们在6月24日的ArXiv预印本服务器上详细介绍了他们的发现。新计算机运行于18个可编程逻辑阵列（FPGAs）上——用户可以在生产后重新配置的电子芯片。这一设计中没有物理翻转的位，但芯片的可编程特性允许有效的软件实现概率位。这些芯片互联成一台能够每秒进行超过一万亿次翻转的单一机器。科学家们面临的一个主要问题是，机器的芯片必须多频繁共享数据才能表现成一台计算机，而不仅仅是多个孤立的设备。令人惊讶的是，“我们的机器无需全局的同步”，斯坦福大学电子工程博士后Navid Anjum Aadit说。研究人员发现了一个简单可预测的设计规则，关于概率计算机中不同芯片之间必须多快交换数据才能让它们都如同一台计算机般运作。Çamsarı指出，在这一阈值以下，概率计算机在速度与准确性之间会面临权衡。研究人员表示，这些新发现可能为从多个芯片构建任意大型的概率计算机开辟了一条道路，正如今天常规计算机所做的那样。他们还补充说，这些发现适用于由几乎任何硬件构建的概率计算机。未来，研究人员计划探讨从专门为概率计算设计的芯片上构建大型概率计算机。例如，2019年的《自然》研究使用了磁隧道结构建了一台概率计算机，该技术在概率计算方面比标准芯片更节能，Çamsarı指出。“结合CMOS与密集随机存储技术（如MRAM）的系统提供了最令人信服的发展路径之一，”Aadit补充道。