49°15′24″с.ш. 122°59′57″з.д. / 49,256613°с.ш. 122,9990452°з.д. / 49,256613; -122,9990452
D-Wave Quantum Systems Inc. — компания, занимающаяся квантовыми вычислениями , с офисами в Пало-Альто, Калифорния , и Бернаби, Британская Колумбия . D-Wave утверждает, что является первой в мире компанией, продающей компьютеры, использующие квантовые эффекты в своей работе. [3] Среди первых клиентов D-Wave были Lockheed Martin , Университет Южной Калифорнии , Google / NASA и Лос-Аламосская национальная лаборатория .
D-Wave не реализует универсальный квантовый компьютер; вместо этого их компьютеры реализуют специализированный квантовый отжиг . [4]
D-Wave была основана Хейгом Фаррисом, Джорди Роузом, Бобом Вайнсом и Александром Загоскиным. [5] Фаррис преподавал бизнес-курс в Университете Британской Колумбии (UBC), где Роуз получил докторскую степень , а Загоскин был постдокторантом . Название компании отсылает к их первым проектам кубитов, в которых использовались сверхпроводники d-wave .
D-Wave работала как ответвление UBC, поддерживая связи с кафедрой физики и астрономии. [6] Она финансировала академические исследования в области квантовых вычислений, тем самым создавая совместную сеть ученых-исследователей. Компания сотрудничала с несколькими университетами и институтами, включая UBC , IPHT Jena , Université de Sherbrooke , University of Toronto , University of Twente , Chalmers University of Technology , University of Erlangen и Jet Propulsion Laboratory . Эти партнерства были перечислены на веб-сайте D-Wave до 2005 года. [7] [8] В июне 2014 года D-Wave анонсировала новую экосистему квантовых приложений с вычислительной финансовой фирмой 1QB Information Technologies (1QBit) и группой исследований рака DNA-SEQ, чтобы сосредоточиться на решении реальных проблем с помощью квантового оборудования. [9]
11 мая 2011 года компания D-Wave Systems анонсировала D-Wave One , описанный как «первый в мире коммерчески доступный квантовый компьютер», работающий на 128- кубитном чипсете [10], использующий квантовый отжиг (общий метод нахождения глобального минимума функции с помощью процесса, использующего квантовые флуктуации ) [11] [12] [13] [14] для решения задач оптимизации . D-Wave One был построен на ранних прототипах, таких как квантовый компьютер Orion компании D-Wave. Прототип представлял собой 16- кубитный квантовый процессор отжига , продемонстрированный 13 февраля 2007 года в Музее истории компьютеров в Маунтин-Вью, Калифорния . [15] 12 ноября 2007 года компания D-Wave продемонстрировала то, что, по их словам, было 28-кубитным квантовым процессором отжига. [16] Чип был изготовлен в Лаборатории микроустройств Лаборатории реактивного движения NASA в Пасадене, Калифорния. [17]
В мае 2013 года в результате сотрудничества NASA , Google и Ассоциации космических исследований университетов (USRA) была запущена Лаборатория квантового искусственного интеллекта на базе 512-кубитного квантового компьютера D-Wave Two , которая будет использоваться для исследований в области машинного обучения, а также в других областях знаний. [18]
20 августа 2015 года компания D-Wave Systems объявила [19] о доступности системы D-Wave 2X [20] , квантового компьютера с 1000 кубитами и более. За этим последовало объявление [21] 28 сентября 2015 года о том, что она установлена в лаборатории квантового искусственного интеллекта в исследовательском центре Эймса NASA .
В январе 2017 года D-Wave выпустила D-Wave 2000Q и репозиторий с открытым исходным кодом, содержащий программные инструменты для квантовых отжигов. Он содержит Qbsolv , [22] [23] [24] , который является программным обеспечением с открытым исходным кодом , решающим квадратичные задачи безусловной бинарной оптимизации как на квантовых процессорах компании, так и на классических аппаратных архитектурах. Дополнительные системы были выпущены в 2020 году, а еще одна система запланирована на конец 2024 или 2025 года, как показано ниже.
D-Wave работала в разных местах в Ванкувере, Британская Колумбия, и в лабораторных помещениях UBC, прежде чем переехать в свое нынешнее местоположение в соседнем пригороде Бернаби. D-Wave также имеет офисы в Пало-Альто, Калифорния и Вене, Калифорния, США. [ необходима цитата ]
Первый коммерчески произведенный процессор D-Wave представлял собой программируемую [25] сверхпроводящую интегральную схему с попарно связанными [26] сверхпроводящими потоковыми кубитами . [27] [28] [29] 128-кубитный процессор был заменен 512-кубитным процессором в 2013 году. [30] Процессор предназначен для реализации специального квантового отжига [11] [12] [13] [14] в отличие от работы в качестве универсального квантового компьютера с моделью вентиля .
Основные идеи подхода D-Wave возникли из экспериментальных результатов в физике конденсированного состояния и конкретной работы по квантовому отжигу в магнитах, выполненной Габриэлем Эппли , Томасом Феликсом Розенбаумом и их коллегами [31] , которые проверяли [32] [33] преимущества [34] , предложенные Бикасом К. Чакрабарти и его коллегами, квантового туннелирования/флуктуаций при поиске основного состояния(й) в спиновых стеклах . Эти идеи были позднее переработаны на языке квантовых вычислений физиками Массачусетского технологического института Эдвардом Фархи , Сетом Ллойдом , Терри Орландо и Биллом Камински, чьи публикации в 2000 [35] и 2004 [36] предоставили как теоретическую модель для квантовых вычислений, которая соответствовала более ранней работе в области квантового магнетизма (в частности, адиабатической модели квантовых вычислений и квантовому отжигу, ее варианту с конечной температурой), так и конкретное осуществление этой идеи с использованием сверхпроводящих потоковых кубитов , что является близким родственником конструкций, созданных D-Wave. Чтобы понять истоки большей части споров вокруг подхода D-Wave, важно отметить, что истоки подхода D-Wave к квантовым вычислениям возникли не из традиционного поля квантовой информации , а из экспериментальной физики конденсированного состояния .
D-Wave ведет список рецензируемых технических публикаций своих ученых и других лиц на своем веб-сайте. [37]
13 февраля 2007 года D-Wave продемонстрировала систему Orion, запустив три различных приложения в Музее компьютерной истории в Маунтин-Вью, Калифорния . Это была первая публичная демонстрация, предположительно, квантового компьютера и сопутствующего сервиса. [ необходима цитата ]
Первое приложение, пример сопоставления с образцом , выполняло поиск похожего соединения для известного препарата в базе данных молекул . Следующее приложение вычисляло расположение мест для мероприятия с учетом совместимости и несовместимости между гостями. Последнее включало решение головоломки судоку . [38]
Процессоры, лежащие в основе «системы квантовых вычислений Orion» компании D-Wave, предназначены для использования в качестве аппаратных ускорителей, а не универсальных компьютерных микропроцессоров . Система предназначена для решения конкретной NP-полной задачи, связанной с двумерной моделью Изинга в магнитном поле . [15] D-Wave определяет устройство как 16- кубитный сверхпроводящий адиабатический квантовый компьютерный процессор. [39] [40]
По данным компании, обычный интерфейс, запускающий приложение, требующее решения NP-полной задачи, такой как сопоставление с образцом, передает задачу системе Orion.
По словам Джорди Роуза, основателя и главного технического директора D-Wave, NP-полные задачи «вероятно, не являются точно разрешимыми, независимо от того, насколько большими, быстрыми или продвинутыми становятся компьютеры»; адиабатический квантовый компьютер, используемый в системе Orion, предназначен для быстрого вычисления приблизительного решения. [41]
8 декабря 2009 года на конференции Neural Information Processing Systems ( NeurIPS ) исследовательская группа Google под руководством Хартмута Невена использовала процессор D-Wave для обучения бинарного классификатора изображений. [42]
11 мая 2011 года D-Wave Systems анонсировала D-Wave One — интегрированную квантовую компьютерную систему, работающую на 128-кубитном процессоре. Процессор, используемый в D-Wave One, выполняет одну математическую операцию — дискретную оптимизацию . Rainier использует квантовый отжиг для решения задач оптимизации. D-Wave One была заявлена как первая в мире коммерчески доступная квантовая компьютерная система. [43] Ее цена была указана примерно в 10 000 000 долларов США . [3]
Исследовательская группа под руководством Маттиаса Тройера и Дэниела Лидара обнаружила, что, хотя есть доказательства квантового отжига в D-Wave One, они не увидели никакого увеличения скорости по сравнению с классическими компьютерами. Они реализовали оптимизированный классический алгоритм для решения той же конкретной проблемы, что и D-Wave One. [44] [45]
В ноябре 2010 года [46] Lockheed Martin подписала многолетний контракт с D-Wave Systems для реализации преимуществ, основанных на процессоре квантового отжига, применяемом к некоторым из самых сложных вычислительных задач Lockheed. Контракт был объявлен позднее, 25 мая 2011 года. Контракт включал покупку квантового компьютера D-Wave One, техническое обслуживание и сопутствующие профессиональные услуги. [47]
В августе 2012 года группа исследователей из Гарвардского университета представила результаты крупнейшей на сегодняшний день проблемы сворачивания белка, решенной с помощью квантового компьютера. Исследователи решили примеры модели сворачивания решетчатого белка, известной как модель Миядзавы–Джернигана , на квантовом компьютере D-Wave One. [48] [49]
В начале 2012 года компания D-Wave Systems представила 512-кубитный квантовый компьютер [50] , который был запущен в производство в 2013 году [51].
В мае 2013 года Кэтрин МакГеоч , консультант D-Wave, опубликовала первое сравнение технологии с обычными топовыми настольными компьютерами, на которых запущен алгоритм оптимизации. Используя конфигурацию с 439 кубитами, система работала в 3600 раз быстрее CPLEX , лучшего алгоритма на обычной машине, решая задачи со 100 или более переменными за полсекунды по сравнению с полчаса. Результаты представлены на конференции Computing Frontiers 2013. [52]
В марте 2013 года несколько групп исследователей на семинаре по адиабатическим квантовым вычислениям в Институте физики в Лондоне, Англия, представили доказательства, хотя и косвенные, квантовой запутанности в чипах D-Wave. [53]
В мае 2013 года было объявлено, что в результате сотрудничества между NASA, Google и USRA была запущена Лаборатория квантового искусственного интеллекта в Отделе передовых суперкомпьютеров NASA в Исследовательском центре Эймса в Калифорнии, использующая 512-кубитный D-Wave Two, который будет использоваться для исследований в области машинного обучения, а также в других областях знаний. [18] [54]
.jpg/1280px-Latest_D-Wave_2000_Qubit_Processor_(25215169297).jpg)
20 августа 2015 года компания D-Wave выпустила в открытый доступ свой компьютер D-Wave 2X с 1000 кубитами в архитектуре графа Chimera (хотя из-за магнитных смещений и производственной изменчивости, присущей изготовлению сверхпроводниковых схем, менее 1152 кубитов функциональны и доступны для использования; точное количество полученных кубитов будет варьироваться в зависимости от конкретного изготовленного процессора). Это сопровождалось отчетом, сравнивающим скорости с высокопроизводительными однопоточными процессорами. [55] В отличие от предыдущих отчетов, в этом отчете прямо говорилось, что вопрос квантового ускорения не был тем, что они пытались решить, и было сосредоточено на постоянном коэффициенте прироста производительности по сравнению с классическим оборудованием. Для задач общего назначения сообщалось об ускорении в 15 раз, но стоит отметить, что эти классические алгоритмы эффективно выигрывают от распараллеливания — так что компьютер будет работать наравне, возможно, с 30 традиционными высокопроизводительными однопоточными ядрами.
Процессор D-Wave 2X основан на 2048-кубитном чипе с половиной отключенных кубитов; они были активированы в D-Wave 2000Q. [56] [57]
В феврале 2019 года D-Wave анонсировала систему следующего поколения, которая станет Advantage [58] , и поставила эту систему в 2020 году. Архитектура Advantage увеличит общее количество кубитов до 5760 и переключится на топологию графа Pegasus, увеличив число соединений на кубит до 15. D-WAVE заявила, что архитектура Advantage обеспечивает 10-кратное ускорение времени решения по сравнению с предложением продукта 2000Q. D-WAVE утверждает, что последующее инкрементное обновление Advantage Performance Update обеспечивает 2-кратное ускорение по сравнению с Advantage и 20-кратное ускорение по сравнению с 2000Q, среди прочих улучшений. [59]
В 2021 году D-Wave анонсировала систему следующего поколения, которая станет Advantage 2 [60], поставка которой ожидается в конце 2024 или начале 2025 года. Ожидалось, что архитектура Advantage увеличит общее количество кубитов до более чем 7000 и перейдет на топологию графа Zephyr, увеличив число соединений на кубит до 20. [60] [61] [62] [63] [64]
Теоретическая производительность процессора D-Wave.