D-Wave首次展示量子退火机中的大规模相干性

光子盒研究院出品

D-Wave Quantum Inc.（纽约证券交易所代码：QBTS）是目前唯一一家同时构建退火和门模型的量子计算机供应商。9月16日，D-Wave在《自然·物理学》期刊上发表了一项里程碑式研究——《可编程的2000比特伊辛链中的相干量子退火问题》[1]，这是对相干量子退火的首次大规模演示。

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首次演示8-2000个量子比特的量子退火处理器中的量子相变动力学问题

该研究首次展示了在D-Wave处理器中使用多达2000个量子比特的大规模可编程量子退火处理器中的量子相变动力学问题。该演示超出了任何以往的可编程量子相变规模，为模拟物质的奇异相（构成宇宙的液体、固体或气体之外的不寻常物质状态）打开了大门：否则这些相变将是难以处理的。

此次研究中，来自D-Wave、南加州大学、东京工业大学和埼玉医科大学科学家共同合作，结果表明，完全可编程的D-Wave量子处理器可以被用作大尺度相干量子动力学的精确模拟器。这显示了分离相关自旋的“扭结”（kinks）模式与理想量子系统的薛定谔方程的精确分析解几乎完全一致，完全与外界噪声隔绝。结点的密度和间距取决于实验的速度和“量子性”等因素。对单量子比特参数的测量被证明，实验可以准确地预测8-2000个量子比特的系统行为，证明了所有规模的量子模拟的高水平控制。

在退火的伊辛链中的量子相变。a）横向场伊辛链的量子退火。b）响应时间在量子临界点上发散，为临界指数z和ν的函数。c)量子退火输出状态的例子，L=2000个量子比特的链。

结点密度比例和分布。a）显示的是弱耦合（J = 0.12）和强耦合（J = -1.4）的量子退火数据。b）（玻尔兹曼，Boltzmann）模型结果。c）结点分布的前三个积点，线条表示相干理论。所有误差条代表95%的统计置信区间。

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实现可预测模拟，展示大规模相干性

D-Wave性能研究总监Andrew King博士说[2]：“从本质上讲，这些实验是根据一个非常好理解的量子标准来衡量D-Wave处理器的。我们发现理论和实验之间有很好的一致性，这让我们对操纵可编程量子系统的能力充满信心，无论是优化应用还是量子模拟。”

通过使用D-Wave的量子退火器在比以前认为可能的更短的时间尺度上模拟量子动力学，这个实验表明，这些设备可以在没有任何可察觉的外部环境影响下运行。南加州大学工程教授、南加州大学量子科学与技术中心主任Daniel Lidar说：“这为对那些过于庞大和复杂的模型进行量子模拟打开了大门，这些模型目前无法通过任何其他手段进行模拟。”

东京工业大学创新研究所教授Hidetoshi Nishimori说：“这篇论文为实际的量子模拟铺平了道路，其规模之大是包括经典计算在内的其他手段所不能比拟的。”

“相干性是量子计算的圣杯。”D-Wave公司首席执行官Alan Baratz说：”通过大规模模拟没有热效应的封闭量子系统，我们可以对我们的处理器的计算能力收集宝贵的见解，从而提高为我们的客户找到高质量解决方案的能力。相干时间的不断进步是我们退火和门控模型项目的一个重要优先事项。大规模相干性的展示是展示实际量子优势的又一步骤，此次研究成果是朝着这一里程碑迈出的重要一步。”

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大规模量子模拟的基础，巩固D-Wave的量子地位

这项成就的意义超越了理解一维物质中的量子相变的基本科学层面：通过建立大规模量子模拟的技术基础，它为科学地理解更广泛的量子材料的特性铺平了道路。

不仅如此，此次科学成就也巩固了D-Wave对量子科技创新、产品交付的承诺。迄今为止，D-Wave已经向市场推出了五代量子计算机，并在2022年6月推出了其第六代机器的实验原型——Advantage2。作为公司路线图的一部分，Advantage2系统于2021年秋季发布，并计划于2023-2024年上市，完整的Advantage2系统预计将具有7000多个量子比特，采用新的量子比特设计，在新的拓扑结构中实现量子比特之间的20路连接。

该公司还拥有200多项适用于退火和基于门的量子计算的广泛专利组合。2022年早些时候，D-Wave还开设了首个位于美国的Advantage™量子云服务，该服务位于南加州大学信息科学研究所（ISI）的USC-洛克希德-马丁量子计算中心（QCC）：该中心是南加州大学著名的维特比工程学院的一部分。

参考链接：

[1]https://www.nature.com/articles/s41567-022-01741-6

[2]https://www.dwavesys.com/company/newsroom/press-release/d-wave-demonstrates-large-scale-coherent-quantum-annealing/

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