D-Wave Systems Inc. a publié aujourd'hui une étude marquante en collaboration avec des scientifiques de Google, démontrant un avantage en termes de performances de calcul, augmentant à la fois avec la taille de la simulation et la dureté du problème, à plus de 3 millions de fois celle des méthodes classiques correspondantes. Notamment, ce travail a été réalisé sur une application pratique avec des implications dans le monde réel, simulant les phénomènes topologiques à l'origine du prix Nobel de physique 2016. Cet avantage de performance, exposé dans une simulation quantique complexe de matériaux, est une étape significative dans le cheminement vers l'avantage des applications en informatique quantique.

Les travaux des scientifiques de D-Wave et de Google démontrent également que les effets quantiques peuvent être exploités pour fournir un avantage informatique dans les processeurs D-Wave, à l'échelle du problème qui nécessite des milliers de qubits. Les expériences récentes réalisées sur plusieurs processeurs D-Wave représentent de loin les plus grandes simulations quantiques réalisées par les ordinateurs quantiques existants à ce jour.

Le papier, intitulé "Scaling avantage over path-integral Monte Carlo dans la simulation quantique d'aimants géométriquement frustrés, " a été publié dans la revue Communication Nature . Les chercheurs de D-Wave ont programmé le système D-Wave 2000Q pour modéliser un aimant quantique frustré bidimensionnel à l'aide de spins artificiels. Le comportement de l'aimant a été décrit par les travaux lauréats du prix Nobel des physiciens théoriciens Vadim Berezinskii, J. Michael Kosterlitz et David Thouless. Ils ont prédit un nouvel état de la matière dans les années 1970 caractérisé par des propriétés topologiques non négligeables.

Cette nouvelle recherche s'inscrit dans la continuité des précédents travaux révolutionnaires publiés par l'équipe de D-Wave dans un 2018 La nature article intitulé "Observation de phénomènes topologiques dans un réseau programmable de 1, 800 qubits." Dans ce dernier article, chercheurs de D-Wave, aux côtés des contributeurs de Google, utilisez le processeur à faible bruit de D-Wave pour obtenir des performances supérieures et obtenir des informations sur la dynamique du processeur jamais observées auparavant.

"Ce travail est la preuve la plus claire à ce jour que les effets quantiques offrent un avantage de calcul dans les processeurs D-Wave, " a déclaré le Dr Andrew King, chercheur principal pour ce travail à D-Wave. "Lier l'aimant dans un nœud topologique et le regarder s'échapper nous a donné le premier aperçu détaillé de la dynamique qui est normalement trop rapide pour être observée. Ce que nous voyons est un énorme avantage en termes absolus, avec l'avantage de mise à l'échelle en température et en taille que nous espérions. Cette simulation est un vrai problème que les scientifiques ont déjà attaqué en utilisant les algorithmes que nous avons comparés, marquant une étape importante et une base importante pour le développement futur. Cela n'aurait pas été possible aujourd'hui sans le processeur à faible bruit de D-Wave."

"La recherche d'avantages quantiques dans les calculs devient de plus en plus vive car il y a des problèmes particuliers où de réels progrès sont réalisés. Ces problèmes peuvent sembler quelque peu artificiels même aux physiciens, mais dans cet article issu d'une collaboration entre D-Wave Systems, Google, et l'Université Simon Fraser, il semble qu'il y ait un avantage pour le recuit quantique utilisant un processeur à usage spécial par rapport aux simulations classiques pour le problème plus "pratique" de trouver l'état d'équilibre d'un aimant quantique particulier, " a déclaré le Pr Dr Gabriel Aeppli, professeur de physique à l'ETH Zürich et à l'EPF Lausanne, et chef de la division des sciences photoniques de l'Institut Paul Scherrer. "C'est une surprise étant donné la conviction de beaucoup que le recuit quantique n'a aucun avantage intrinsèque par rapport aux programmes Monte Carlo à intégration de chemin implémentés sur des processeurs classiques."

« Les technologies quantiques naissantes ne deviennent des outils pratiques que lorsqu'elles laissent leurs homologues classiques dans la poussière pour résoudre des problèmes du monde réel, " dit Hidetoshi Nishimori, Professeur, Institut de Recherche Innovante, Institut de technologie de Tokyo. "Une étape clé dans cette direction a été réalisée dans cet article en fournissant des preuves claires d'un avantage d'échelle du recuit quantique par rapport à un concurrent informatique classique imprenable dans la simulation des propriétés dynamiques d'un matériau complexe. J'envoie des applaudissements sincères à l'équipe. "

« Démontrer avec succès des phénomènes aussi complexes est, tout seul, preuve supplémentaire de la programmabilité et de la flexibilité de l'ordinateur quantique de D-Wave, " a déclaré le PDG de D-Wave, Alan Baratz. " Mais peut-être encore plus important est le fait que cela n'a pas été démontré sur un problème synthétique ou 'truc'. Ceci a été réalisé sur un problème réel de physique par rapport à un outil de simulation standard de l'industrie - une démonstration de la valeur pratique du processeur D-Wave. Nous devons toujours faire deux choses :faire avancer la science et augmenter les performances de nos systèmes et technologies pour aider les clients à développer des applications avec une valeur commerciale réelle. Ce type de percée scientifique de notre équipe est conforme à cette mission et témoigne de la valeur émergente qu'il est possible de tirer de l'informatique quantique aujourd'hui. »

Les réalisations scientifiques présentées dans Communication Nature soutenir davantage le travail en cours de D-Wave avec des clients de classe mondiale pour développer plus de 250 premières applications d'informatique quantique, avec un certain nombre de pilotages dans les applications de production, dans diverses industries telles que la fabrication, logistique, pharmaceutique, sciences de la vie, commerce de détail et services financiers. En septembre 2020, D-Wave a mis sur le marché son système quantique Advantage de nouvelle génération via le service cloud quantique Leap. Le système comprend plus de 5, 000 qubits et connectivité qubit 15 voies, ainsi qu'un service de solveur hybride étendu capable de traiter des problèmes commerciaux avec jusqu'à un million de variables. La combinaison de la puissance de calcul et de l'évolutivité d'Advantage avec le service de résolution hybride donne aux entreprises la possibilité de fonctionner de manière performante, applications quantiques du monde réel pour la première fois.