D-Wave Systems heeft vandaag een mijlpaalonderzoek gepubliceerd waarin een topologische faseovergang wordt aangetoond met behulp van zijn 2048-qubit-uitgloeiende kwantumcomputer. Deze complexe kwantumsimulatie van materialen is een belangrijke stap in de richting van het verminderen van de behoefte aan tijdrovend en duur fysiek onderzoek en ontwikkeling.

De krant, getiteld "Observatie van topologische verschijnselen in een programmeerbaar rooster van 1, 800 qubit", werd gepubliceerd in het peer-reviewed tijdschrift Natuur . Dit werk markeert een belangrijke vooruitgang in het veld en toont opnieuw aan dat de volledig programmeerbare D-Wave-kwantumcomputer kan worden gebruikt als een nauwkeurige simulator van kwantumsystemen op grote schaal. De methoden die in dit werk worden gebruikt, kunnen grote gevolgen hebben voor de ontwikkeling van nieuwe materialen, het realiseren van de oorspronkelijke visie van Richard Feynman op een kwantumsimulator. Dit nieuwe onderzoek komt op de hielen van D-Wave's recente Wetenschap paper dat een ander type faseovergang demonstreert in een quantum spin-glass-simulatie. De twee artikelen samen betekenen de flexibiliteit en veelzijdigheid van de D-Wave-kwantumcomputer in kwantumsimulatie van materialen, naast andere taken zoals optimalisatie en machine learning.

In het begin van de jaren zeventig, theoretisch fysici Vadim Berezinskii, J. Michael Kosterlitz en David Thouless voorspelden een nieuwe staat van materie die wordt gekenmerkt door niet-triviale topologische eigenschappen. Het werk werd in 2016 bekroond met de Nobelprijs voor natuurkunde. D-Wave-onderzoekers demonstreerden dit fenomeen door het D-Wave 2000Q-systeem te programmeren om een ​​tweedimensionaal gefrustreerd rooster van kunstmatige spins te vormen. De waargenomen topologische eigenschappen in het gesimuleerde systeem kunnen niet bestaan ​​zonder kwantumeffecten en komen nauw overeen met theoretische voorspellingen.

"Dit artikel vertegenwoordigt een doorbraak in de simulatie van fysieke systemen die anders in wezen onmogelijk zijn, "zei 2016 Nobelprijswinnaar Dr. J. Michael Kosterlitz. "De test reproduceert de meeste van de verwachte resultaten, wat een opmerkelijke prestatie is. Dit geeft hoop dat toekomstige kwantumsimulatoren in staat zullen zijn om complexere en slecht begrepen systemen te verkennen, zodat men de simulatieresultaten in kwantitatief detail kan vertrouwen als een model van een fysiek systeem. Ik kijk uit naar toekomstige toepassingen van deze simulatiemethode."

"Het werk beschreven in de Natuur papier vertegenwoordigt een mijlpaal op het gebied van kwantumberekening:voor de eerste keer, een theoretisch voorspelde toestand van materie werd gerealiseerd in kwantumsimulatie voordat het werd gedemonstreerd in een echt magnetisch materiaal, " zei Dr. Mohammad Amin, hoofdwetenschapper bij D-Wave. "Dit is een belangrijke stap in de richting van het bereiken van het doel van kwantumsimulatie, de studie van materiaaleigenschappen mogelijk maken voordat ze in het laboratorium worden gemaakt, een proces dat tegenwoordig erg kostbaar en tijdrovend kan zijn."