D-Wave Systems Inc. heeft vandaag een mijlpaalonderzoek gepubliceerd in samenwerking met wetenschappers van Google, het aantonen van een computationeel prestatievoordeel, toenemen met zowel de simulatiegrootte als de probleemhardheid, tot meer dan 3 miljoen keer die van de overeenkomstige klassieke methoden. Opmerkelijk, dit werk werd bereikt op een praktische toepassing met real-world implicaties, het simuleren van de topologische fenomenen achter de Nobelprijs voor de Natuurkunde 2016. Dit prestatievoordeel, tentoongesteld in een complexe kwantumsimulatie van materialen, is een zinvolle stap in de reis naar toepassingsvoordeel in kwantumcomputing.

Het werk van wetenschappers van D-Wave en Google toont ook aan dat kwantumeffecten kunnen worden benut om een ​​rekenvoordeel te bieden in D-Wave-processors, op een probleemschaal waarvoor duizenden qubits nodig zijn. Recente experimenten die zijn uitgevoerd op meerdere D-Wave-processors vertegenwoordigen verreweg de grootste kwantumsimulaties die tot nu toe door bestaande kwantumcomputers zijn uitgevoerd.

De krant, getiteld "Schaalvoordeel ten opzichte van padintegraal Monte Carlo in kwantumsimulatie van geometrisch gefrustreerde magneten, " werd gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie . D-Wave-onderzoekers programmeerden het D-Wave 2000Q-systeem om een ​​tweedimensionale gefrustreerde kwantummagneet te modelleren met behulp van kunstmatige spins. Het gedrag van de magneet werd beschreven door het Nobelprijswinnende werk van theoretisch fysici Vadim Berezinskii, J. Michael Kosterlitz en David Thouless. Ze voorspelden een nieuwe staat van materie in de jaren zeventig, gekenmerkt door niet-triviale topologische eigenschappen.

Dit nieuwe onderzoek is een voortzetting van eerder baanbrekend werk gepubliceerd door het team van D-Wave in een 2018 Natuur paper getiteld "Observatie van topologische verschijnselen in een programmeerbaar rooster van 1, 800 qubits." In dit laatste artikel, onderzoekers van D-Wave, naast bijdragers van Google, gebruik de processor met minder ruis van D-Wave om superieure prestaties te bereiken en inzicht te krijgen in de dynamiek van de processor die nog nooit eerder is waargenomen.

"Dit werk is het duidelijkste bewijs tot nu toe dat kwantumeffecten een computationeel voordeel bieden in D-Wave-processors, " zei Dr. Andrew King, hoofdonderzoeker voor dit werk bij D-Wave. "Door de magneet in een topologische knoop te binden en te kijken hoe hij ontsnapt, hebben we de eerste gedetailleerde kijk op dynamiek die normaal te snel is om waar te nemen. Wat we zien is een enorm voordeel in absolute termen, met het schaalvoordeel in temperatuur en grootte waar we op hopen. Deze simulatie is een echt probleem dat wetenschappers al hebben aangevallen met behulp van de algoritmen waarmee we vergeleken hebben, een belangrijke mijlpaal en een belangrijke basis voor toekomstige ontwikkeling. Dit zou vandaag niet mogelijk zijn geweest zonder de lagere ruisprocessor van D-Wave."

"De zoektocht naar kwantumvoordeel in berekeningen wordt steeds levendiger omdat er speciale problemen zijn waar echte vooruitgang wordt geboekt. Deze problemen kunnen zelfs voor natuurkundigen enigszins gekunsteld lijken, maar in dit artikel uit een samenwerking tussen D-Wave Systems, Google, en Simon Fraser University, het lijkt erop dat er een voordeel is voor kwantumgloeien met behulp van een speciale processor ten opzichte van klassieke simulaties voor het meer 'praktische' probleem van het vinden van de evenwichtstoestand van een bepaalde kwantummagneet, " zei Prof. Dr. Gabriel Aeppli, hoogleraar natuurkunde aan ETH Zürich en EPF Lausanne, en hoofd van de Photon Science Division van het Paul Scherrer Institute. "Dit komt als een verrassing, gezien de overtuiging van velen dat kwantumgloeien geen intrinsiek voordeel heeft ten opzichte van padintegrale Monte Carlo-programma's die zijn geïmplementeerd op klassieke processors."

"Opkomende kwantumtechnologieën rijpen alleen uit tot praktische hulpmiddelen als ze klassieke tegenhangers in het stof achterlaten bij het oplossen van problemen in de echte wereld, " zei Hidetoshi Nishimori, Professor, Instituut voor innovatief onderzoek, Tokio Instituut voor Technologie. "Een belangrijke stap in deze richting is in dit artikel bereikt door duidelijk bewijs te leveren van een schaalvoordeel van de kwantumuitgloeier ten opzichte van een onneembare klassieke computerconcurrent bij het simuleren van dynamische eigenschappen van een complex materiaal. Ik stuur oprecht applaus naar het team."

"Het succesvol aantonen van dergelijke complexe verschijnselen is, op zichzelf, verder bewijs van de programmeerbaarheid en flexibiliteit van de kwantumcomputer van D-Wave, "Zei D-Wave CEO Alan Baratz. "Maar misschien nog belangrijker is het feit dat dit niet werd aangetoond met een synthetisch of 'truc'-probleem. Dit werd bereikt met een echt probleem in de natuurkunde tegen een industriestandaard hulpmiddel voor simulatie - een demonstratie van de praktische waarde van de D-Wave-processor. We moeten altijd twee dingen doen:de wetenschap bevorderen en de prestaties van onze systemen en technologieën verbeteren om klanten te helpen bij het ontwikkelen van applicaties met echte zakelijke waarde. Dit soort wetenschappelijke doorbraak van ons team past in die missie en spreekt over de opkomende waarde die het vandaag de dag mogelijk is om uit quantumcomputing te halen."

De wetenschappelijke prestaties gepresenteerd in Natuurcommunicatie het voortdurende werk van D-Wave met klanten van wereldklasse verder ondersteunen om meer dan 250 vroege kwantumcomputertoepassingen te ontwikkelen, met een aantal proefprojecten in productietoepassingen, in diverse industrieën, zoals productie, logistiek, farmaceutisch, levenswetenschappen, detailhandel en financiële dienstverlening. In september 2020, D-Wave bracht zijn volgende generatie Advantage-kwantumsysteem op de markt via de Leap-quantumcloudservice. Het systeem omvat meer dan 5, 000 qubits en 15-weg qubit-connectiviteit, evenals een uitgebreide hybride oplossingsservice die zakelijke problemen met maximaal een miljoen variabelen kan oplossen. De combinatie van Advantage's rekenkracht en schaal met de hybride oplossingsservice geeft bedrijven de mogelijkheid om performante, voor het eerst echte kwantumtoepassingen.