D-Wave demonstrerer præstationsfordel i kvantesimulering af eksotisk magnetisme

D-Wave Systems Inc. offentliggjorde i dag en milepælsundersøgelse i samarbejde med forskere på Google, demonstrere en beregningsfordel, stigende med både simuleringsstørrelse og problemhårdhed, til over 3 millioner gange den for tilsvarende klassiske metoder. Især dette arbejde blev opnået med en praktisk anvendelse med virkelige virkninger, simulerer de topologiske fænomener bag Nobelprisen i fysik i 2016. Denne præstationsfordel, udstillet i en kompleks kvantesimulering af materialer, er et meningsfuldt skridt på vejen mod applikationsfordele inden for kvantecomputing.

Forskerne ved D-Wave og Google viser også, at kvanteeffekter kan udnyttes for at give en beregningsmæssig fordel i D-Wave-processorer, i problemskala, der kræver tusindvis af qubits. Nylige eksperimenter udført på flere D-Wave-processorer repræsenterer langt de største kvantesimuleringer udført af eksisterende kvantecomputere til dato.

Papiret, med titlen "Skalering fordel i forhold til sti-integreret Monte Carlo i kvantesimulering af geometrisk frustrerede magneter, "blev offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation . D-Wave-forskere programmerede D-Wave 2000Q-systemet til at modellere en todimensionel frustreret kvantemagnet ved hjælp af kunstige spins. Magnetens adfærd blev beskrevet af det nobelprisvindende arbejde udført af teoretiske fysikere Vadim Berezinskii, J. Michael Kosterlitz og David Thouless. De forudsagde en ny tilstand i 1970'erne præget af utrivelige topologiske egenskaber.

Denne nye forskning er en fortsættelse af tidligere gennembrud, udgivet af D-Waves team i 2018 Natur papir med titlen "Observation af topologiske fænomener i et programmerbart gitter på 1, 800 qubits. "I dette seneste papir, forskere fra D-Wave, sammen med bidragydere fra Google, udnyt D-Waves processor med lavere støj til at opnå overlegen ydeevne og indhente indsigt i dynamikken i processoren, der aldrig er observeret før.

"Dette arbejde er det klareste bevis nogensinde for, at kvanteeffekter giver en beregningsmæssig fordel i D-Wave-processorer, "sagde Dr. Andrew King, hovedforsker for dette arbejde på D-Wave. "At binde magneten til en topologisk knude og se den undslippe har givet os det første detaljerede kig på dynamikker, der normalt er for hurtige til at observere. Det vi ser er en enorm fordel i absolutte tal, med den skaleringsfordel i temperatur og størrelse, som vi ville håbe på. Denne simulering er et reelt problem, som forskere allerede har angrebet ved hjælp af de algoritmer, vi sammenlignede mod, markerer en vigtig milepæl og et vigtigt fundament for fremtidig udvikling. Dette havde ikke været muligt i dag uden D-Waves processor med lavere støj. "

"Søgningen efter kvantefordele i beregninger bliver stadig mere livlig, fordi der er særlige problemer, hvor der gøres reelle fremskridt. Disse problemer kan virke noget konstruerede selv for fysikere, men i dette papir fra et samarbejde mellem D-Wave Systems, Google, og Simon Fraser University, det ser ud til, at der er en fordel ved kvanteglødning ved hjælp af en speciel processor i forhold til klassiske simuleringer for det mere 'praktiske' problem med at finde ligevægtstilstanden for en bestemt kvantemagnet, "sagde prof. dr. Gabriel Aeppli, professor i fysik ved ETH Zürich og EPF Lausanne, og leder af Photon Science Division ved Paul Scherrer Institute. "Dette kommer som en overraskelse i betragtning af manges tro på, at kvanteudglødning ikke har nogen iboende fordel i forhold til stiintegrerede Monte Carlo -programmer implementeret på klassiske processorer."

"Nye kvanteteknologier modnes kun til praktiske værktøjer, når de efterlader klassiske kolleger i støvet for at løse problemer i den virkelige verden, "sagde Hidetoshi Nishimori, Professor, Institut for innovativ forskning, Tokyo Institute of Technology. "Et centralt skridt i denne retning er blevet opnået i dette papir ved at give klare beviser for en skaleringsfordel ved kvanteglødemidlet frem for en uigennemtrængelig klassisk computerkonkurrent ved simulering af dynamiske egenskaber ved et komplekst materiale. Jeg sender oprigtigt bifald til teamet."

"Det er vellykket at demonstrere så komplekse fænomener, på egen hånd, yderligere bevis på programmerbarheden og fleksibiliteten af ​​D-Waves kvantecomputer, "sagde D-Wave CEO Alan Baratz." Men måske endnu vigtigere er det faktum, at dette ikke blev demonstreret på et syntetisk eller 'trick' problem. Dette blev opnået på et reelt problem i fysik mod et branchestandardværktøj til simulering-en demonstration af den praktiske værdi af D-Wave-processoren. Vi skal altid gøre to ting:at fremme videnskaben og øge ydeevnen for vores systemer og teknologier for at hjælpe kunderne med at udvikle applikationer med virkelige forretningsværdier. Denne form for videnskabeligt gennembrud fra vores team er i overensstemmelse med den mission og taler til den nye værdi, som det er muligt at udlede fra kvanteberegning i dag. "

De videnskabelige resultater, der præsenteres i Naturkommunikation understøtter yderligere D-Waves løbende arbejde med kunder i verdensklasse for at udvikle over 250 tidlige quantum computing-applikationer, med et antal piloter i produktionsapplikationer, i forskellige industrier som fremstilling, logistik, farmaceutisk, biovidenskab, detail- og finansielle tjenester. I september 2020, D-Wave bragte sit næste generations Advantage-kvantesystem på markedet via Leap-kvantesky-tjenesten. Systemet indeholder mere end 5, 000 qubits og 15-vejs qubit-forbindelse, samt en udvidet hybridopløsningstjeneste, der er i stand til at køre forretningsproblemer med op til en million variabler. Kombinationen af ​​Advantages computerkraft og skala med hybridopløsningstjenesten giver virksomheder mulighed for at køre performante, virkelige kvanteprogrammer for første gang.