Квантовые вычисления получают аппаратное ускорение благодаря прорыву спинового стекла

22 апреля 2023 г.

Одной из проблем квантовых вычислений является преодоление ограничений оптимизации 3D спинового стекла, которые могут замедлить квантовое моделирование, предназначенное для решения реальных задач оптимизации. Экспериментальным решением является квантовый компьютер Advantage от D-Wave, использующий динамику спинового стекла (по сути, последовательность магнитов) на 5000 кубитах.

Согласно исследованию ученых из D-Wave и Бостонского университета, опубликованному в журнале Nature, команда подтвердила, что квантовый отжиг — математический процесс, используемый для поиска низкоэнергетических состояний с использованием квантовых флуктуаций — может улучшить качество решения быстрее, чем классический. алгоритмы, по крайней мере теоретически. Это может стать ключевым шагом вперед в демонстрации того, как квантовый процессор может вычислять когерентную квантовую динамику в крупномасштабных задачах оптимизации.

Клиенты D-Wave, подписавшиеся на квантовый облачный сервис Leap, могут получить доступ к новому коммерческому квантовому компьютеру на основе отжига с 19 апреля.

Перейти к:

Что улучшения квантового отжига означают для предприятий Новые разработки в области квантовых вычислений D-Wave Заглядывая вперед: система Advantage2 от D-Wave

Что улучшения квантового отжига означают для предприятий

Главный вывод для предприятий заключается в том, что вычисления спинового стекла на устройстве квантового отжига в конечном итоге могут эффективно решать задачи оптимизации, достигая цели с минимальными затратами энергии. Например, это может быть относительно эффективный способ ответить на такие вопросы, как «Должен ли я отправить эту посылку на этом грузовике или на следующем?» или «проблема коммивояжера» («Какой наиболее эффективный маршрут должен выбрать коммивояжер для посещения разных городов?»), как пишет D-Wave.

D-Wave — одна из немногих компаний, предлагающих корпоративное пространство для квантовых вычислений с программами вентилирования и отжига, которое теперь включает квантовый компьютер Advantage коммерческого класса на 5000 кубитов. Остается вопрос, насколько практична эта технология, но новая статья является доказательством того, что дальнейшая оптимизация коммерческих квантовых вычислений может быть выполнена на оборудовании D-Wave.

SEE: Должны ли ИТ-команды учитывать квантовые вычисления в своих решениях?

Новые разработки в области квантовых вычислений D-Wave

По словам исследователей, углубляясь в физику, спиновые очки часто используются в качестве испытательных стендов для парадигматических вычислений, но использование этого подхода в программируемой системе — и, следовательно, в той, которую можно использовать для практических расчетов — по-прежнему приводит к потенциальным проблемам. D-Wave решила эту проблему на своем оборудовании, используя квантово-критическую динамику спинового стекла на тысячах кубитов со сверхпроводящим квантовым отжигом.

«То же самое аппаратное обеспечение, которое уже обеспечило полезную экспериментальную испытательную площадку для квантовой критической динамики, может также использоваться для поиска низкоэнергетических состояний, которые помогают находить решения задач оптимизации», — сказал Войцех Зурек, физик-теоретик из Лос-Аламосской национальной лаборатории и ведущий авторитет. по квантовой теории, в пресс-релизе D-Wave.

Более быстрое достижение состояний с низким энергопотреблением

Приложения, которые решают проблемы оптимизации, такие как вопрос доставки упаковки выше, требуют минимального энергетического состояния от процессоров квантового отжига, на которых они работают. Другие расчеты, которые можно использовать для принятия решений, такие как задачи вероятностной выборки, для выполнения требуют хороших выборок с низким энергопотреблением.

D-Wave говорит, что «спиновые стекла могут быть переведены в низкоэнергетические состояния быстрее путем отжига квантовых флуктуаций, чем при обычном термическом отжиге».

«Эта статья свидетельствует о том, что квантовая динамика специализированной аппаратной платформы быстрее, чем для известных классических алгоритмов, для нахождения предпочтительного состояния спинового стекла с наименьшей энергией, и, таким образом, обещает продолжать подпитывать дальнейшую разработку квантовых отжигов для работы с практические проблемы», — сказал Габриэль Эппли, профессор физики в ETH Zürich и EPF Lausanne и глава отдела фотонных исследований Института Пауля Шеррера.

Поддержание когерентности кубитов

Еще одна проблема, которую пытаются решить исследователи в мире квантовых вычислений, — это когерентность кубитов. В упрощенном смысле когерентность означает, что квантовое состояние сохраняет определенные физические качества во время использования. Исследования показывают, что когерентный квантовый отжиг может улучшить качество решения быстрее, чем классические алгоритмы.

«Совместная разработка программ вентиля и отжига позволит нам увеличить время когерентности и улучшить параметры кубитов, что позволит увеличить наше преимущество перед классической оптимизацией», — написал Эндрю Кинг, директор по исследованиям производительности D-Wave. Сообщение блога.

Заглядывая вперед: система Advantage2 от D-Wave

В то время как недавно опубликованное исследование было проведено на коммерчески доступном в настоящее время квантовом компьютере Advantage, D-Wave также работает над своей следующей итерацией. Система Advantage2 находится на стадии экспериментального прототипа и будет аппаратным обеспечением D-Wave для квантовых вычислений шестого поколения. D-Wave ожидает, что полная система Advantage2 будет запущена с 7000 кубитами, и пока не имеет прогнозируемой даты выпуска альфа-версии.

---

Оригинал