D-Wave量子公司是量子计算系统、软件和服务领域的领导者，也是唯一一家同时构建退火和门型量子计算机的提供商- - - - - -今天发表了一篇同行评审的里程碑论文，显示其5000量子位优势™量子计算机在3D自旋玻璃优化问题上的性能明显快于经典计算，这是一类棘手的优化问题。这篇论文也是迄今为止报道的最大的可编程量子模拟。
这篇论文- - - - - -一个D-Wave和波士顿大学- - - - - -题为“5000量子位可编程自旋玻璃中的量子临界动力学”的论文今天发表在同行评议的《自然》杂志上。在去年9月对多达2000个量子比特进行的研究的基础上，这项研究表明，D-Wave量子处理器可以在大规模优化问题中计算相干量子动力学。这项工作是使用D-Wave的商业级退火量子计算机完成的，客户现在可以使用该计算机。
研究结果表明，相干量子退火可以比经典算法更快地提高解的质量，这对优化具有直接意义。观测到的加速符合相干量子退火理论，显示了相干性与量子退火核心计算能力之间的直接联系。
D-Wave首席执行官Alan Baratz博士表示:“这项研究标志着量子技术的一项重大成就，因为它证明了量子技术在解决棘手的优化问题方面比经典方法具有计算优势。”“对于那些寻找量子退火无与伦比性能证据的人来说，这项工作提供了明确的证据。
随着D-Wave继续开发其未来的退火和门模型量子计算机，这项工作支持了D-Wave对不懈的科学创新和产品交付的持续承诺。到目前为止，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的实验原型，即Advantage2™系统。完整的Advantage2系统预计将拥有7000多个量子比特，20路连接和更高的相干性，以解决更大、更复杂的问题。
论文的作者和主要行业的声音呼应支持
“这是量子退火炉上量子相变研究的一个重要进展。它预示着实验多体物理学的一场革命，预示着量子计算的实际应用，”洛斯阿拉莫斯国家实验室的理论物理学家、量子理论的主要权威Wojciech Zurek说。Zurek博士通过发现著名的Kibble-Zurek机制，为我们对早期宇宙以及凝聚态系统的理解做出了开创性的贡献。这一机制支撑了本文所报道的实验背后的物理学原理。“同样的硬件已经为量子临界动力学提供了有用的实验试验场，也可以用来寻找低能态，帮助找到优化问题的解决方案。”
“无序磁铁，比如自旋玻璃，长期以来一直是测试复杂优化问题求解者的模型系统，”加布里埃尔·艾普里(Gabriel Aeppli)说，他是苏黎世联邦理工学院(ETH zrich)和洛桑联邦理工学院(EPF Lausanne)的物理学教授，也是保罗·谢勒研究所光子科学部的负责人。Aeppli教授与人合著了第一篇实验论文，证明了量子退火比热退火在达到无序磁体基态方面的优势。“这篇论文提供了证据，证明专用硬件平台的量子动力学比已知的经典算法更快地找到自旋玻璃的首选、最低能量状态，因此有望继续推动量子退火炉的进一步发展，以解决实际问题。”
“作为一名物理学家，我的职业生涯建立在量子系统的计算机模拟上，亲身体验量子退火设备的变革能力真是太棒了，”波士顿大学物理学教授、该论文的合著者安德斯·山特维克(Anders Sandvik)说。“这篇论文已经在超越任何经典模拟方法的规模上展示了复杂的量子动力学，我对未来设备的预期增强性能感到非常兴奋。我相信我们正在进入一个时代，量子退火将成为研究复杂系统的重要工具。”
“这项工作标志着向复杂材料的大规模量子模拟迈出了重要的一步，”东京工业大学创新研究所教授、量子退火的原始发明者之一西森秀敏说。“我们现在可以期待通过使用量子退火的量子模拟来揭示新的物理现象，最终导致具有重大社会价值的材料的设计。”
D-Wave性能研究主管安德鲁·金博士说:“这代表了量子优化领域有史以来最重要的实验工作。”“我们已经证明了模拟退火的加速，与理论完全一致，为大规模问题提供了高质量的解决方案。这项工作显示了量子动力学在优化中的明确证据，我们相信这为未来使用量子退火解决更复杂的问题铺平了道路。这项工作展示了25年前最初激发量子退火的实验室实验的可编程实现。”
D-Wave量子算法和系统研究员Mohammad Amin说:“这不仅是迄今为止最大的量子模拟演示，而且还提供了第一个有理论支持的实验证据，证明相干量子动力学可以加速实现量子退火中更好的解决方案。”观察到的加速可归因于量子相变过程中复杂的临界动力学，这是经典退火算法无法复制的，理论和实验之间的一致性是显著的。我们相信这些发现对量子优化具有重要意义，在解决现实问题方面具有实际应用价值。”