QC观察丨D-Wave里程碑式突破:证明物质拓扑状态的首次大规模量子模拟-量子客D-Wave系统公司量子计算系统和软件的领导者,8月22日,该公司公布了一个里程碑式的研究突破,展示了使用该公司的2048量子比特退火量子计算机模拟拓扑相变。这种复杂的材料量子模拟是减少物理研究和开发的时间成本和经济成本的重要步骤。
这篇题为“观察1800量子比特可编程格子中的拓扑现象”的论文发表在同行评议的《自然》杂志上 (Vol. 560, Issue 7719, August 22, 2018)。这项工作标志着该领域的重要进展,并再次证明,完全可编程的D-Wave量子计算机可以用作大规模量子系统的精确模拟器。本工作所采用的方法可以对开发新型材料,实现Richard Feynman对量子模拟器的最初设想具有广泛的意义。D-Wave最近在《科学》杂志发布了一篇论文,该论文展示了量子自旋玻璃模拟中不同类型的相变,而本文的这项新研究是紧随其后发布的。这两篇论文共同表明了D-Wave量子计算机在材料量子模拟方面的灵活性和通用性,以及诸如优化和机器学习等其他任务。20世纪70年代初,理论物理学家Vadim Berezinskii、J.Michael Kosterlitz和David.less预测了一种以奇异拓扑性质为特征的物质新状态。这项工作于2016年获得诺贝尔物理学奖。D-Wave研究员通过对D-Wave 2000 Q™系统编程来形成人工自旋的二维受挫格(frustrated lattice),证明了这一现象。在模拟系统中,观测到的拓扑特性不能没有量子效应而存在,并且与理论预测非常吻合。2016年诺贝尔奖得主J.Michael Kosterlitz博士说:“这篇论文代表了在模拟物理系统方面的一个突破,否则这些系统基本上是不可能实现的。测试结果再现了大部分预期结果,这是一个了不起的成就。”

D-Wave的首席科学家Mohammad Amin说,这一壮举代表了“量子计算领域的里程碑”。

第一次,在真实的磁性材料中演示之前,量子模拟中已经实现了物质的理论预测状态。” Amin说,“这是朝着实现量子模拟的目标迈出的重要一步,使研究员在实验室制造材料之前能够对材料特性进行研究,这一过程现在非常昂贵且耗时。”

“在D-Wave量子计算机上成功地证明诺贝尔物理学奖的重要性本身就是一项重大成就。但是,结合D-Wave最近发表在《科学》杂志上的量子模拟工作,这项新的研究证明了我们的系统在处理各种领域公认的困难问题时的灵活性和可编程性。”D-Wave首席执行官Vern Brownell说。

“D-Wave对 Kosterlitz-Thouless跃迁的量子模拟是一个令人兴奋和影响深远的结果。它不仅有助于我们理解量子磁学中的重要问题,而且还演示了用一种新的、高效的自旋系统的映射

来解决一个计算困难的问题,这种方法只需要有限数量的量子比特,并且还为实现更广泛的应用开辟了新的可能性。”洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学、技术和工程副主任John Sarrao博士评论说。

“正如我们在《科学》和《自然》杂志上所报道,使用相同的量子处理器来演示两个完全不同的量子模拟的能力说明了D-Wave量子计算机的可编程性和灵活性。”D-Wave的主要研究员Andrew King博士说,“这种可编程性和灵活性是Richard Feynman最初设想的量子模拟器的两个关键因素,并为预测未来更复杂的工程量子系统的行为开辟了可能性。”

在《自然》和《科学》杂志上发表的这些成就使D-Wave继续与世界一流的客户和合作伙伴合作,在现实世界的原型应用(“proto-apps”)上跨越多个领域。由客户开发的70+个原型应用程序涵盖了优化、机器学习、量子材料科学、网络安全等等。许多proto-apps的结果表明,在商业化之前,D-Wave系统在实际问题的性能或解决方案质量方面已经接近,有时甚至超过常规计算。随着D-Wave系统和软件的能力不断扩大,这些原型应用程序展露了在量子计算机上扩展客户应用优势的潜力。

本文是《量子计算前沿》基于相关资料原创编译,并整理在量子客(Qtumist.com)上发布。

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