D-Wave Quantum Inc.是量子计算系统、软件和服务的领导者，也是唯一一家同时构建退火和门模型量子计算机的供应商。近日，该公司发表了一项经过同行评审的里程碑式研究，该研究是对相干量子退火的首次大规模演示。该研究首次展示了在 D-Wave 处理器中使用多达 2000 个量子位的大规模可编程量子退火处理器中的量子相变动力学。这一演示超越了以往任何可编程量子相变的规模，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。

这篇论文由来自D-Wave、南加州大学、东京工业大学和琦丹医科大学的科学家合作完成，题为“可编程2000量子位Ising链中的相干量子退火”，发表在《自然物理学》杂志上。研究表明，完全可编程D-Wave量子处理器可以作为大尺度相干量子动力学的精确模拟器。这表明，在完全与外界噪声隔绝的理想量子系统中，分离相关自旋的“扭结”模式与著名的薛定谔方程的精确解析解几乎完全一致。扭结的密度和间距取决于实验的速度和“量子性”。单量子位参数的测量被证明可以准确预测8到2000量子位系统的行为，在所有规模的量子模拟中显示出高水平的控制。

图：在向上/向下量子伊辛自旋的一维链中，退火计算以无序叠加状态开始（左）。随着系统穿越量子相变，在有序域之间产生扭结。这些扭结的间距说明了实验中的量子行为。

D-Wave性能研究总监Andrew King博士说：“从本质上讲，这些实验是根据一个众所周知的量子标准来衡量D-Wave处理器的。”“我们发现理论和实验之间非常一致，这让我们对操纵可编程量子系统的能力有了很大的信心，无论是优化应用还是奇异的量子模拟。”

图：扭结密度取决于各种实验参数，尤其是穿过 QPT 所需的退火时间。对于快速退火，模拟保持一致，热环境不会影响实验。在这种情况下，实验结果与理想量子系统的理论预测非常吻合，与周围环境完全隔离。

“用D-Wave的量子退火器在更短的时间尺度上检测量子动力学，这一实验表明，这些设备可以在不受任何外部环境影响的情况下运行。这打开了对模型进行量子模拟的大门，这些模型过于庞大和复杂，目前可用的任何其他手段都无法模拟，”南加州大学量子信息科学与技术USC中心主任兼工程Viterbi教授Daniel Lidar说。

东京工业大学创新研究所的Hidetoshi Nishimori教授说:“这篇论文为大规模的实际量子模拟铺平了道路，这是其他方法(包括经典计算)无法探索的。”

“相干性是量子计算的圣杯。通过大规模模拟一个没有热效应的封闭量子系统，我们可以收集对处理器计算能力的宝贵见解，从而提高为客户找到高质量解决方案的能力，”D-Wave首席执行官Alan Baratz说。“相干时间的持续进步是我们退火和门模型项目的重要优先事项。大规模相干性的证明是向证明实际量子优势迈出的又一步，而今天的研究是向这一里程碑迈出的重要一步。”

这一成就的意义超出了理解一维物质中量子相变的基本科学方面。通过建立大规模量子模拟的技术基础，它为科学理解更广泛的量子材料的特性铺平了道路。

迄今为止，D-Wave已经向市场推出了五代量子计算机，并于 2022 年 6 月推出了第六代机器 Advantage2的实验原型。作为该公司Clarity路线图的一部分，完整的Advantage2系统将于2021年秋季宣布，计划于2023-2024年上市，完整的Advantage2系统预计具有7000多个量子比特，采用新的量子比特设计，在新的量子比特设计中实现20路量子比特之间的连接。该公司还拥有200多个专利组合，适用于退火和基于门的量子计算。今年早些时候，D-Wave在美国开设了第一个 Advantage™ 量子云服务，该服务位于南加州大学量子计算中心（QCC），该中心由南加州大学信息科学研究所(ISI)主办，是南加州大学著名的维特比工程学院的一个部门。

原文链接：https://www.hpcwire.com/off-the-wire/d-wave-demonstrates-large-scale-coherent-quantum-annealing/

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