D-Wave公司与波士顿大学团队的合作研究表明，D-Wave公司5000量子比特的Advantage量子模拟机在解决自旋玻璃的3D优化问题方面性能明显高于经典系统，该工作展示了了迄今为止最大规模的可编程量子模拟器。该成果于4月19日发表在《自然》杂志上。
D-Wave公司生产一类特殊的量子处理器，其系统中的量子比特与Google，IBM等采取的量子比特方案完全不同。D-Wave采用的是“绝热量子计算”方案，其激发的初始态是可编程的，之后系统被静置，量子比特自然退入系统能量最低状态，系统的最终最小能量状态即是一个特定优化问题的解。该方案对量子比特的相干性要求较低，因而较容易扩展到更多的比特数目并进行运算。然而绝热量子计算方案相较于经典计算机的优越性无论从理论上还是实验上都尚待证实。
在最近的一项研究中，D-Wave和波士顿大学合作，演示了其5000量子比特的Advantage量子模拟机可以解决自旋玻璃的3D优化问题——一类棘手的优化问题，性能明显高于经典系统。自旋玻璃是磁性合金材料的一种亚稳态。在铁磁性和反铁磁性状态中，磁矩方向（自旋）的分布是长程有序的，而自旋玻璃中的磁矩方向是随机冻结的，其分布呈现出长程无序性。利用D-Wave的退火量子计算机，该合作团队验证了相干量子退火可以比经典算法更快地完成计算。首先他们在小体积自旋玻璃中展示了量子退火和薛定谔方程时间演化之间的定量一致性，然后在数千个量子比特的三维自旋玻璃中测量了动力学演化过程。他们提取了临界指数，清晰地区分了量子退火和类似蒙特卡罗算法的较慢随机动力学，为大规模量子模拟提供了理论和实验支持，并在能量优化方面具有缩放优势。“这是研究量子退火器上的量子相变的一个重要进展，”洛斯阿拉莫斯国家实验室的理论物理学家Wojciech Zurek教授说，“它预示着实验性多体物理学的一场革命，预示着量子计算的实际应用。该工作为量子临界动力学提供了有用的实验证明的硬件，也可以被用来寻求低能量状态，以协助寻找优化问题的解决方案。”
这项最新研究是在目前商业化的Advantage量子模拟机上进行的。接下来，D-Wave将研究下一代产品：Advantage2。该系统正处于实验原型阶段，将是D-Wave的第六代量子计算硬件，预计完整系统将推出7000个量子比特。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-023-05867-2
图. D-Wave的Advantage系统