2048退火量子计算机首次演示拓扑相变 量子模拟技术的又一突破.doc

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1、2048退火量子计算机首次演示拓扑相变量子模拟技术的又一突破　　D-Wave系统公司在Nature杂志发表了一项里程碑式的研究，使用2048-qubit的退火量子计算机演示了拓扑相变，证明完全可编程的D-Wave量子计算机可以大规模地用作量子系统的精确模拟器。　　量子计算机的主要应用之一是模拟自然量子现象，在最近发表的一项研究中，来自加拿大D-Wave系统公司的研究人员演示了如何做到这一点。　　他们模拟的现象涉及与薄膜超导性和超流性相关的拓扑相变。这被称为Kosterlitz-Thouless相变，其发现者布朗大学的Mic

2、haelKosterlitz和华盛顿大学的DavidThouless共同获得2016年诺贝尔物理学奖。　　8月22日，D-Wave系统公司在Nature杂志发表了一项里程碑式的研究，使用2048-qubit的退火量子计算机演示了拓扑相变。这种复杂的材料量子模拟是减少耗时且昂贵的物理研究和开发的重要一步。　　　　这张图的下半部分是一个2048-qubit的D-Wave2000Q处理器，用来模拟图的上半部分描绘的量子磁系统的行为。（via：D-WaveSystems）　　论文题为《在1800量子比特的可编程晶格中观察量子拓扑现

3、象》（Observationoftopologicalphenomenainaprogrammablelatticeof1，800qubits）。　　　　29位作者写作的论文　　这项工作标志着该领域的一个重要进展，并再次证明，完全可编程的D-Wave量子计算机可以大规模地用作量子系统的精确模拟器。　　这项研究中使用的方法可能对新材料的开发具有广泛的影响，它实现了RichardFeynman对量子模拟器的最初设想。　　这项新研究紧跟D-Wave7月份在Science上发表的另一篇论文之后，那篇论文展示了在量子自旋玻璃模拟中的

4、一种不同类型的相变。这两篇论文共同表明了D-Wave的量子计算机在材料量子模拟中具有灵活性和通用性，以及在优化和机器学习等其他任务上的良好表现。　　源自费曼的想法，模拟诺贝尔物理学奖的发现　　1982年，理查德·费曼（RichardFeynman）提出用可编程量子计算机模拟复杂系统的量子物理的想法。在过去的35年里，利用量子力学来模拟自然的潜力推动了量子计算领域的发展。　　现在，来自D-WaveSystems和VectorInsTItute的研究人员在完全可编程的D-Wave2000Q退火量子计算机中展示了拓扑相变（top

5、ologicalphasetransiTIon）的模拟——这是2016年诺贝尔物理学奖的主题。　　这种现象被称为“Kosterlitz-Thouless（KT）相变”，正是这个发现让J.MichaelKosterlitz和DavidThouless获得了2016年诺贝尔物理学奖。这种相变对于理解薄膜中的超导性和超流性是至关重要的，并且已经在许多奇异的物理系统中观察到，例如玻色–爱因斯坦凝聚（BoseEinsteinquasicondensates）。　　　　量子磁体的可编程模拟。（a）2048-qubitD-Wave200

6、0Q处理器用于模拟方形八边形晶格（b）上的量子磁系统，使用为三角形晶格（c）开发的理论框架。　　D-Wave的研究人员通过编程D-Wave2000Q系统，形成一个二维的人造自旋晶格，从而证明量子拓扑现象。如果没有量子效应，模拟系统中观察到的拓扑性质就不可能存在，这与理论预测非常吻合。　　以前已有研究使用更传统的模拟方法对Kosterlitz-Thouless相变进行建模。这次，D-Wave使用完全可编程的2048-qubit退火量子计算机，实现了与经典模拟一致的结果。　　D-Wave的2000Q计算机利用超导量子干涉装置通

7、量量子比特（fluxqubits），或称SQUID，制作成集成电路。与表示1或0的确定值的经典比特不同，量子比特可以在计算过程中同时表示0和1。　　　　拓扑相变附近阶次的模拟。　　精确模拟涉及1800个量子比特　　D-Wave处理器与传统模拟之间的定量一致性验证了量子模拟的结果。该系统的对称性使其具有极高的灵敏度，精确模拟涉及1800个量子比特，这代表了量子模拟中自旋相互作用的高保真控制和可编程性方面的突破。　　这种模拟以及最近D-Wave处理器对3D晶格的模拟表现出一定程度的复杂性和可编程性，远远超出了以前的研究在量子计

8、算领域中所证明的任何东西。　　多年来，研究人员一直在争论D-Wave的计算机是否真的具有量子效应。这两项研究进一步证实了D-Wave的计算机具有量子效应。　　“这两项研究证明了两种完全不同的量子模拟的能力……这说明D-Wave量子计算机具有可编程性和灵活性，”D-Wave的AndrewKing说，他是N