D-Wave Systems Inc. ha pubblicato oggi uno studio importante in collaborazione con scienziati di Google, dimostrando un vantaggio in termini di prestazioni computazionali, aumentando sia con la dimensione della simulazione che con la durezza del problema, a oltre 3 milioni di volte quella dei corrispondenti metodi classici. In particolare, questo lavoro è stato realizzato su un'applicazione pratica con implicazioni nel mondo reale, simulando i fenomeni topologici alla base del Premio Nobel per la Fisica 2016. Questo vantaggio prestazionale, esibito in una complessa simulazione quantistica di materiali, è un passo significativo nel viaggio verso il vantaggio delle applicazioni nell'informatica quantistica.

Il lavoro degli scienziati di D-Wave e Google dimostra anche che gli effetti quantistici possono essere sfruttati per fornire un vantaggio computazionale nei processori D-Wave, su scala problematica che richiede migliaia di qubit. Recenti esperimenti eseguiti su più processori D-Wave rappresentano di gran lunga le più grandi simulazioni quantistiche effettuate dai computer quantistici esistenti fino ad oggi.

La carta, intitolato "Vantaggio di scala rispetto a Monte Carlo integrale nella simulazione quantistica di magneti geometricamente frustrati, " è stato pubblicato sulla rivista Comunicazioni sulla natura . I ricercatori di D-Wave hanno programmato il sistema D-Wave 2000Q per modellare un magnete quantistico frustrato bidimensionale utilizzando spin artificiali. Il comportamento del magnete è stato descritto dal lavoro vincitore del premio Nobel dei fisici teorici Vadim Berezinskii, J. Michael Kosterlitz e David Thouless. Hanno predetto un nuovo stato della materia negli anni '70 caratterizzato da proprietà topologiche non banali.

Questa nuova ricerca è una continuazione del precedente lavoro rivoluzionario pubblicato dal team di D-Wave in un 2018 Natura relazione dal titolo "Osservazione di fenomeni topologici in un reticolo programmabile di 1, 800 qubit." In questo ultimo articolo, ricercatori di D-Wave, insieme ai collaboratori di Google, utilizza il processore a basso rumore di D-Wave per ottenere prestazioni superiori e ottenere informazioni sulle dinamiche del processore mai osservate prima.

"Questo lavoro è la prova più chiara che gli effetti quantistici forniscono un vantaggio computazionale nei processori D-Wave, " ha detto il dottor Andrew King, ricercatore principale per questo lavoro presso D-Wave. "Legare il magnete in un nodo topologico e vederlo scappare ci ha dato il primo sguardo dettagliato a dinamiche che normalmente sono troppo veloci da osservare. Quello che vediamo è un enorme vantaggio in termini assoluti, con il vantaggio di scala in temperatura e dimensioni che ci augureremmo. Questa simulazione è un vero problema che gli scienziati hanno già affrontato utilizzando gli algoritmi con cui abbiamo confrontato, segnando un traguardo significativo e una base importante per lo sviluppo futuro. Questo non sarebbe stato possibile oggi senza il processore a basso rumore di D-Wave."

"La ricerca del vantaggio quantistico nei calcoli sta diventando sempre più vivace perché ci sono problemi speciali in cui si stanno facendo progressi reali. Questi problemi possono sembrare in qualche modo artificiosi anche ai fisici, ma in questo articolo da una collaborazione tra D-Wave Systems, Google, e Simon Fraser University, sembra che ci sia un vantaggio per la ricottura quantistica utilizzando un processore per scopi speciali rispetto alle simulazioni classiche per il problema più "pratico" di trovare lo stato di equilibrio di un particolare magnete quantistico, " ha affermato il Prof. Dr. Gabriel Aeppli, professore di fisica all'ETH di Zurigo e all'EPF di Losanna, e capo della Photon Science Division del Paul Scherrer Institute. "Questa è una sorpresa data la convinzione di molti che la ricottura quantistica non abbia alcun vantaggio intrinseco rispetto ai programmi Monte Carlo integrali implementati sui processori classici".

"Le nascenti tecnologie quantistiche maturano in strumenti pratici solo quando lasciano le controparti classiche nella polvere nel risolvere i problemi del mondo reale, " disse Hidetoshi Nishimori, Professoressa, Istituto di Ricerca Innovativa, Istituto di tecnologia di Tokyo. "Un passo fondamentale in questa direzione è stato raggiunto in questo documento fornendo una chiara evidenza di un vantaggio in scala del ricottore quantistico rispetto a un inespugnabile concorrente di calcolo classico nella simulazione delle proprietà dinamiche di un materiale complesso. Mando un sincero applauso al team".

"Dimostrare con successo fenomeni così complessi è, da solo, ulteriore prova della programmabilità e flessibilità del computer quantistico di D-Wave, ", ha affermato il CEO di D-Wave Alan Baratz. "Ma forse ancora più importante è il fatto che questo non è stato dimostrato su un problema sintetico o 'trucco'. Ciò è stato ottenuto su un problema reale di fisica rispetto a uno strumento di simulazione standard del settore, una dimostrazione del valore pratico del processore D-Wave. Dobbiamo sempre fare due cose:promuovere la scienza e aumentare le prestazioni dei nostri sistemi e tecnologie per aiutare i clienti a sviluppare applicazioni con un valore aziendale reale. Questo tipo di scoperta scientifica del nostro team è in linea con quella missione e parla del valore emergente che è possibile trarre oggi dall'informatica quantistica".

I risultati scientifici presentati in Comunicazioni sulla natura sostenere ulteriormente il lavoro in corso di D-Wave con clienti di livello mondiale per sviluppare oltre 250 prime applicazioni di calcolo quantistico, con un numero pilota in applicazioni di produzione, in diversi settori come quello manifatturiero, la logistica, farmaceutico, Scienze di vita, servizi al dettaglio e finanziari. A settembre 2020, D-Wave ha lanciato sul mercato il suo sistema quantistico Advantage di nuova generazione tramite il servizio cloud quantistico Leap. Il sistema comprende più di 5, 000 qubit e connettività qubit a 15 vie, oltre a un servizio di risolutore ibrido ampliato in grado di gestire problemi aziendali con un massimo di un milione di variabili. La combinazione della potenza di calcolo e della scalabilità di Advantage con il servizio risolutore ibrido offre alle aziende la possibilità di eseguire prestazioni, applicazioni quantistiche del mondo reale per la prima volta.