D-Wave demonstrerer første storskala kvantesimulering af topologisk tilstand af stof

D-Wave Systems offentliggjorde i dag en milepælsundersøgelse, der demonstrerer en topologisk faseovergang ved hjælp af sin 2048-qubit annealing kvantecomputer. Denne komplekse kvantesimulering af materialer er et stort skridt i retning af at reducere behovet for tidskrævende og dyr fysisk forskning og udvikling.

Papiret, med titlen "Observation af topologiske fænomener i et programmerbart gitter på 1, 800 qubits", blev offentliggjort i det peer-reviewede tidsskrift Natur . Dette arbejde markerer et vigtigt fremskridt på området og demonstrerer igen, at den fuldt programmerbare D-Wave kvantecomputer kan bruges som en nøjagtig simulator af kvantesystemer i stor skala. De metoder, der anvendes i dette arbejde, kan have brede implikationer i udviklingen af ​​nye materialer, at realisere Richard Feynmans originale vision om en kvantesimulator. Denne nye forskning kommer i hælene på D-Waves seneste Videnskab papir, der demonstrerer en anden type faseovergang i en kvantespinglassimulering. De to artikler tilsammen betegner fleksibiliteten og alsidigheden af ​​D-Wave kvantecomputeren i kvantesimulering af materialer, udover andre opgaver som optimering og maskinlæring.

I begyndelsen af ​​1970'erne, teoretiske fysikere Vadim Berezinskii, J. Michael Kosterlitz og David Thouless forudsagde en ny stoftilstand karakteriseret ved ikke-trivielle topologiske egenskaber. Værket blev tildelt Nobelprisen i fysik i 2016. D-Wave-forskere demonstrerede dette fænomen ved at programmere D-Wave 2000Q-systemet til at danne et todimensionelt frustreret gitter af kunstige spins. De observerede topologiske egenskaber i det simulerede system kan ikke eksistere uden kvanteeffekter og stemmer nøje overens med teoretiske forudsigelser.

"Dette papir repræsenterer et gennembrud i simuleringen af ​​fysiske systemer, som ellers i det væsentlige er umulige, " sagde 2016 Nobelpristager Dr. J. Michael Kosterlitz. "Testen gengiver de fleste af de forventede resultater, hvilket er en bemærkelsesværdig præstation. Dette giver håb om, at fremtidige kvantesimulatorer vil være i stand til at udforske mere komplekse og dårligt forståede systemer, så man kan stole på simuleringsresultaterne i kvantitative detaljer som en model af et fysisk system. Jeg ser frem til at se fremtidige anvendelser af denne simuleringsmetode."

"Arbejdet beskrevet i Natur papir repræsenterer et vartegn inden for kvanteberegning:for første gang, en teoretisk forudsagt tilstand af stof blev realiseret i kvantesimulering, før den blev demonstreret i et ægte magnetisk materiale, " sagde Dr. Mohammad Amin, chefforsker hos D-Wave. "Dette er et vigtigt skridt mod at nå målet om kvantesimulering, gør det muligt at studere materialeegenskaber, før de fremstilles i laboratoriet, en proces, der i dag kan være meget omkostningsfuld og tidskrævende."