新的突破!D-Wave的量子计算机成功模拟了量子系统

新的突破!D-Wave的量子计算机成功模拟了量子系统

D-Wave的硬件一直占据着计算领域的重要位置。它是依靠量子力学效应来执行计算。而且,虽然其他量子计算机制造商一直在努力将超过几十个量子比特放在一起,但D-Wave的系统已经扩展到超过2000个可寻址位。但D-Wave系统不会以相同的方式执行计算,尽管所有这些位都没有清楚地证明性能甚至超过传统的计算硬件。

一个研究报告科学这表明,该系统可以做有趣的事情,该公司的研究人员已经开始设计松散的量子系统,该系统非常类似于硬件本身使用的位,允许他们检查量子相变。虽然这仍然不是最先进的性能,但它确实允许研究人员在相关量子系统经历相变时完全控制相关量子系统的物理参数。

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D-Wave的系统可以被认为是一大堆磁铁,每个磁铁都可以翻转方向。这些不是量子比特,与IBM或英特尔量子处理器的组件相同,但它们确实依赖于量子行为来执行计算。但是在附近放置第二块磁铁,两者相互影响; 现在,如果翻转它的方向,它会改变系统的能量含量。D-Wave的当前系统可将其扩展至2048个单独的磁铁,以及相关的控制硬件,可确定连接哪些磁铁以及连接的强度。硬件可以充当通用计算机,因为可以将解决方案编码为系统的最小能量状态。

D-Wave新型量子计算机的优缺点,在这种情况下,他们建模的系统看起来很像D-Wave计算机本身。被称为“横向场Ising模型”,它是一种可以翻转的立方体磁铁。如果让这些磁体使得它们在三维中的任何一个中移动时交替取向,则形成反铁磁体。但是也可能有这样的配置,其中取向是无序的,形成所谓的“旋转玻璃”(磁性从粒子旋转中出现)。虽然旋转是无序的,但它们确实具有明确定义的能量,包括低能量状态。

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虽然系统中的各个磁位大部分位于单个平面中,但可以控制它们之间的连接,以便系统精确地模拟三维晶格的行为。在当前这一代系统中,最适合处理器的晶格是一个在一侧有八个磁铁的立方体。

研究论文的第一作者,D-Wave科学家理查德哈里斯说,得到答案并不是一项具有开创性的工作。但对于公司而言,这项工作代表着重大进步。“这是第一次受人尊敬的竞争必须是多核服务器“”。

但是,由于这些问题以前已得到解决,因此它们为D-Wave系统提供了重要的验证。由于它们产生相同的答案,它们表明系统可以正确设置被建模的物理系统(并从中提取结果)。这清楚地表明它就是我们所说的,它包含了代表这个模型的必要物理学。或者正如他在论文中所说,D-Wave的硬件可以用作材料物理模拟器。操纵单个旋转和键的能力允许人们以大块凝聚态物质系统中不可能的方式探索顺序参数。

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这也很重要,因为我们已经知道可以映射到这些横向场Ising模型的许多其他问题,这意味着这可以确认D-Wave硬件可以用于解决各种各样的问题。当然,问题仍然是性能问题。虽然D-Wave硬件中可寻址位的数量大幅增加,但它仍然只能与多核硬件竞争。但是,在这些结果中也有一些有希望获得表现的发现。D-Wave计算机上的计算依赖于称为退火的过程。这涉及将计算机置于简单的配置中并处于其充满活力的基础状态,然后将其轻轻移动到可以读出问题答案的配置。如果过程足够轻柔地完成,系统将始终保持在基态,这自然会映射到各种最小化问题。

有了这类问题,研究人员可以在我们知道答案应该爱系统中更详细地探索退火过程。这将让他们检查系统在调整组件之间的连接时如何响应,并探索系统经历相变时会发生什么。我们想看一下系统如何通过相变。它看起来怎么样,如何优化?如果不能优化,它可以解决吗?而且,如果D-Wave更好地理解退火过程,它可以使它们更快地运行硬件或检测出现问题的时间,并且退火将产生不正确的音符。该公司的首席执行官Vern Brownell在这里谈到了一个话题,这有助于设计下一代D-Wave系统。

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D-Wave面临的挑战是如何及时完成下一代产品。该公司已经将其计算机扩展到比IBM或英特尔的量子处理器更多的位,并且它应该在可预见的未来保持其领先地位。但是,这一领先优势还不足以让D-Wave目前超越传统计算机。然而,所有迹象都表明,IBM和英特尔正在开发的各种计算机将提供大量的加速,而且比D-Wave已经拥有更少的量子比特,因此这场新的技术竞赛一直在角逐中。


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