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Kanadisches Quantencomputerunternehmen

Koordinaten: 49 ° 15’24 ” N. 122 ° 59’57 ” W./.49,256613 ° N 122,9990452 ° W./. 49,256613; -122.9990452

D-Wave auf der SC18-Konferenz

D-Wave Systems, Inc. ist ein kanadisches Quantencomputerunternehmen mit Sitz in Burnaby, British Columbia, Kanada. D-Wave war das weltweit erste Unternehmen, das Computer verkaufte, um Quanteneffekte in ihrem Betrieb auszunutzen.[2] Zu den frühen Kunden von D-Wave zählen Lockheed Martin, die University of Southern California, Google / NASA und das Los Alamos National Lab.

Im Jahr 2015 wurde der 2X Quantum Computer von D-Wave mit mehr als 1.000 Qubits im Quantum Artificial Intelligence Lab des NASA Ames Research Center installiert. Sie haben anschließend Systeme mit 2.048 Qubits ausgeliefert. Im Jahr 2019 kündigte D-Wave ein 5000-Qubit-System an, das Mitte 2020 verfügbar sein wird und seinen neuen Pegasus-Chip mit 15 Verbindungen pro Qubit verwendet.[3][4] D-Wave implementiert keinen generischen Quantencomputer. Stattdessen implementieren ihre Computer spezielles Quantenglühen.

Geschichte[edit]

D-Wave wurde von Haig Farris (ehemaliger Vorstandsvorsitzender), Geordie Rose (ehemaliger CEO / CTO), Bob Wiens (ehemaliger CFO) und Alexandre Zagoskin gegründet[5] (ehemaliger VP Research und Chief Scientist). Farris unterrichtete einen Business-Kurs an der University of British Columbia (UBC), wo Rose promovierte, und Zagoskin war Postdoktorand. Der Firmenname bezieht sich auf ihre ersten Qubit-Designs, bei denen D-Wellen-Supraleiter verwendet wurden.

D-Wave fungierte als Ableger von UBC und unterhielt weiterhin Verbindungen zum Institut für Physik und Astronomie.[6] Es finanzierte die akademische Forschung im Bereich Quantencomputer und baute so ein kollaboratives Netzwerk von Wissenschaftlern auf. Das Unternehmen arbeitete mit mehreren Universitäten und Institutionen zusammen, darunter UBC, IPHT Jena, die Université de Sherbrooke, die University of Toronto, die University of Twente, die Chalmers University of Technology, die University of Erlangen und das Jet Propulsion Laboratory. Diese Partnerschaften wurden bis 2005 auf der Website von D-Wave aufgeführt.[7][8] Im Juni 2014 kündigte D-Wave mit dem Computerfinanzierungsunternehmen 1QB Information Technologies (1QBit) und der Krebsforschungsgruppe DNA-SEQ ein neues Ökosystem für Quantenanwendungen an, um sich auf die Lösung realer Probleme mit Quantenhardware zu konzentrieren.[9]

Am 11. Mai 2011 kündigte D-Wave Systems D-Wave One an, das als “der weltweit erste kommerziell erhältliche Quantencomputer” bezeichnet wird und mit einem 128-Qubit-Chipsatz arbeitet[10] Verwenden des Quantenglühens (eine allgemeine Methode zum Ermitteln des globalen Minimums einer Funktion durch einen Prozess unter Verwendung von Quantenfluktuationen)[11][12][13][14] Optimierungsprobleme zu lösen. Der D-Wave One wurde auf frühen Prototypen wie dem Orion Quantum Computer von D-Wave aufgebaut. Der Prototyp war ein 16-Qubit-Quantenglühprozessor, der am 13. Februar 2007 im Computer History Museum in Mountain View, Kalifornien, demonstriert wurde.[15] D-Wave demonstrierte am 12. November 2007, was sie als 28-Qubit-Quantenglühprozessor bezeichneten.[16] Der Chip wurde im Mikrodevices Lab des NASA Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Kalifornien, hergestellt.[17]

Im Mai 2013 startete eine Zusammenarbeit zwischen der NASA, Google und der Universities Space Research Association (USRA) ein Quantum Artificial Intelligence Lab, das auf dem 512-Qubit-Quantencomputer D-Wave Two basiert und unter anderem für die Erforschung des maschinellen Lernens verwendet werden soll des Studiums.[18]

Am 20. August 2015 gab D-Wave Systems bekannt[19] die allgemeine Verfügbarkeit des D-Wave 2X[20] System, ein 1000+ Qubit Quantencomputer. Es folgte eine Ankündigung[21] am 28. September 2015, dass es im Quantum Artificial Intelligence Lab des NASA Ames Research Center installiert wurde.

Im Januar 2017 veröffentlichte D-Wave den D-Wave 2000Q und ein Open-Source-Repository mit Softwaretools für Quantenglüher. Es beinhaltet Qbsolv,[22][23][24] Dies ist eine Open-Source-Software, die QUBO-Probleme sowohl auf Quantenprozessoren des Unternehmens als auch auf klassischen Hardwarearchitekturen löst.

D-Wave war an verschiedenen Standorten in Vancouver, British Columbia, und in Laborräumen bei UBC tätig, bevor es an seinen derzeitigen Standort im benachbarten Vorort Burnaby umzog. D-Wave hat auch Büros in Palo Alto und Wien, USA.[citation needed]

Computersysteme[edit]

Der erste kommerziell hergestellte D-Wave-Prozessor war ein programmierbarer,[25]supraleitende integrierte Schaltung mit bis zu 128 paarweise gekoppelten[26] supraleitende Flussmittel-Qubits.[27][28][29] Der 128-Qubit-Prozessor wurde 2013 von einem 512-Qubit-Prozessor abgelöst.[30] Der Prozessor ist für die Implementierung eines speziellen Quantenglühens ausgelegt[11][12][13][14] im Gegensatz zu einem universellen Gate-Modell-Quantencomputer.

Die zugrunde liegenden Ideen für den D-Wave-Ansatz ergaben sich aus experimentellen Ergebnissen in der Physik der kondensierten Materie und insbesondere aus Arbeiten zum Quantenglühen in Magneten, die von Gabriel Aeppli, Thomas Felix Rosenbaum und Mitarbeitern durchgeführt wurden.[31] wer hatte nachgesehen[32][33] die Vorteile,[34] vorgeschlagen von Bikas K. Chakrabarti & Mitarbeitern, von Quantentunneln / Fluktuationen bei der Suche nach Grundzuständen in Spingläsern. Diese Ideen wurden später von den MIT-Physikern Edward Farhi, Seth Lloyd, Terry Orlando und Bill Kaminsky, deren Veröffentlichungen im Jahr 2000 veröffentlicht wurden, in der Sprache der Quantenberechnung neu formuliert[35] und 2004[36] lieferte sowohl ein theoretisches Modell für die Quantenberechnung, das zu früheren Arbeiten im Bereich des Quantenmagnetismus passt (insbesondere das adiabatische Quantencomputermodell und das Quantenglühen, seine endliche Temperaturvariante), als auch eine spezifische Ermöglichung dieser Idee unter Verwendung supraleitender Fluss-Qubits, die eng verwandt sind zu den von D-Wave produzierten Designs. Um die Ursprünge eines Großteils der Kontroversen um den D-Wave-Ansatz zu verstehen, ist zu beachten, dass die Ursprünge des D-Wave-Ansatzes zur Quantenberechnung nicht aus dem konventionellen Quanteninformationsfeld, sondern aus der experimentellen Physik der kondensierten Materie stammen .

D-Wave führt auf seiner Website eine Liste von von Experten geprüften technischen Veröffentlichungen ihrer eigenen Wissenschaftler und anderer.[37]

Orion-Prototyp[edit]

Am 13. Februar 2007 demonstrierte D-Wave das Orion-System und führte drei verschiedene Anwendungen im Computer History Museum in Mountain View, Kalifornien, aus. Dies war die erste öffentliche Demonstration eines angeblichen Quantencomputers und eines damit verbundenen Dienstes.[citation needed]

Die erste Anwendung, ein Beispiel für Mustervergleich, führte eine Suche nach einer ähnlichen Verbindung wie ein bekanntes Arzneimittel in einer Datenbank von Molekülen durch. Die nächste Anwendung berechnete eine Sitzordnung für eine Veranstaltung, die Kompatibilitäten und Inkompatibilitäten zwischen Gästen unterliegt. Das letzte beinhaltete das Lösen eines Sudoku-Puzzles.[citation needed]

Die Prozessoren im Herzen des “Orion-Quantencomputersystems” von D-Wave sind für die Verwendung als Hardwarebeschleunigerprozessoren und nicht als Allzweck-Computer-Mikroprozessoren konzipiert. Das System wurde entwickelt, um ein bestimmtes NP-vollständiges Problem im Zusammenhang mit dem zweidimensionalen Ising-Modell in einem Magnetfeld zu lösen.[15] D-Wave bezeichnet das Gerät als einen supraleitenden adiabatischen 16-Qubit-Quantencomputerprozessor.[38][39]

Nach Angaben des Unternehmens leitet ein herkömmliches Front-End, auf dem eine Anwendung ausgeführt wird, die die Lösung eines NP-vollständigen Problems erfordert, z. B. die Mustererkennung, das Problem an das Orion-System weiter.

Laut Geordie Rose, Gründer und Chief Technology Officer von D-Wave, sind NP-vollständige Probleme “wahrscheinlich nicht genau lösbar, egal wie groß, schnell oder fortschrittlich Computer werden”; Der vom Orion-System verwendete adiabatische Quantencomputer soll schnell eine ungefähre Lösung berechnen.[40]

Google-Demonstration 2009[edit]

Am 8. Dezember 2009 verwendete ein Google-Forschungsteam unter der Leitung von Hartmut Neven auf der Konferenz Neuronale Informationsverarbeitungssysteme (NeurIPS) den Prozessor von D-Wave, um einen binären Bildklassifikator zu trainieren.[citation needed]

D-Wave One[edit]

Am 11. Mai 2011 kündigte D-Wave Systems das D-Wave One an, ein integriertes Quantencomputersystem, das auf einem 128-Qubit-Prozessor ausgeführt wird. Der in der D-Wave One verwendete Prozessor mit dem Codenamen “Rainier” führt eine einzelne mathematische Operation durch, eine diskrete Optimierung. Rainier verwendet Quantenglühen, um Optimierungsprobleme zu lösen. Der D-Wave One soll das weltweit erste kommerziell erhältliche Quantencomputersystem sein.[41] Der Preis wurde mit ca. 10.000.000 US-Dollar angegeben.[2]

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Matthias Troyer und Daniel Lidar stellte fest, dass es in D-Wave One zwar Hinweise auf Quantenglühen gibt, jedoch keine Geschwindigkeitssteigerung im Vergleich zu klassischen Computern. Sie implementierten einen optimierten klassischen Algorithmus, um das gleiche Problem wie beim D-Wave One zu lösen.[42][43]

Lockheed Martin und D-Wave arbeiten zusammen[edit]

Am 25. Mai 2011 unterzeichnete Lockheed Martin einen Mehrjahresvertrag mit D-Wave Systems, um die Vorteile eines Quantenglühprozessors für einige der schwierigsten Rechenprobleme von Lockheed zu realisieren. Der Vertrag umfasste den Kauf des D-Wave One-Quantencomputers, die Wartung und die damit verbundenen professionellen Dienstleistungen.[44]

Optimierung der Optimierungsprobleme bei der Bestimmung der Proteinstruktur[edit]

Im August 2012 präsentierte ein Team von Forschern der Harvard University Ergebnisse des bislang größten Proteinfaltungsproblems, das mit einem Quantencomputer gelöst wurde. Die Forscher lösten Fälle eines Gitterprotein-Faltungsmodells, bekannt als Miyazawa-Jernigan-Modell, auf einem D-Wave One-Quantencomputer.[45][46]

D-Wave Zwei[edit]

Anfang 2012 enthüllte D-Wave Systems einen 512-Qubit-Quantencomputer mit dem Codenamen Vesuv,[47] das 2013 als Produktionsverarbeiter eingeführt wurde.[48]

Im Mai 2013 veröffentlichte Catherine McGeoch, eine Beraterin für D-Wave, den ersten Vergleich der Technologie mit regulären Top-End-Desktop-Computern, auf denen ein Optimierungsalgorithmus ausgeführt wird. Bei einer Konfiguration mit 439 Qubits war das System 3.600-mal so schnell wie CPLEX, der beste Algorithmus auf der herkömmlichen Maschine, und löste Probleme mit 100 oder mehr Variablen in einer halben Sekunde im Vergleich zu einer halben Stunde. Die Ergebnisse werden auf der Computing Frontiers 2013-Konferenz vorgestellt.[49]

Im März 2013 ergaben mehrere Forschergruppen des Workshops Adiabatic Quantum Computing am Institute of Physics in London, wenn auch nur indirekt, Hinweise auf eine Quantenverschränkung in den D-Wave-Chips.[50]

Im Mai 2013 wurde bekannt gegeben, dass eine Zusammenarbeit zwischen der NASA, Google und der USRA ein Quantum Artificial Intelligence Lab in der Advanced Supercomputing Division der NASA im Ames Research Center in Kalifornien mit einer 512-Qubit-D-Wave Two gestartet hat, die für Forschungszwecke verwendet werden soll unter anderem in maschinelles Lernen.[18][51]

D-Wave 2X und D-Wave 2000Q[edit]

Am 20. August 2015 veröffentlichte D-Wave die allgemeine Verfügbarkeit seines D-Wave 2X-Computers mit 1000 Qubits in einer Chimera-Graph-Architektur (obwohl aufgrund magnetischer Offsets und Herstellungsvariabilität bei der Herstellung von Supraleiterschaltungen weniger als 1152 Qubits vorhanden sind funktionell und zur Verwendung verfügbar; die genaue Anzahl der erhaltenen Qubits variiert je nach hergestelltem Prozessor. Dies wurde von einem Bericht begleitet, in dem die Geschwindigkeiten mit High-End-Single-Threaded-CPUs verglichen wurden.[52] Im Gegensatz zu früheren Berichten wurde in diesem Bericht ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Frage der Quantenbeschleunigung nicht angesprochen werden sollte, und sich auf Leistungssteigerungen mit konstantem Faktor gegenüber klassischer Hardware konzentriert. Bei allgemeinen Problemen wurde eine 15-fache Beschleunigung gemeldet. Es ist jedoch anzumerken, dass diese klassischen Algorithmen effizient von der Parallelisierung profitieren, sodass der Computer mit möglicherweise 30 High-End-Single-Threaded-Kernen mithalten kann.

Der D-Wave 2X-Prozessor basiert auf einem 2048-Qubit-Chip, bei dem die Hälfte der Qubits deaktiviert ist. Diese wurden im D-Wave 2000Q aktiviert.[53][54]

Pegasus[edit]

Im Februar 2019 kündigte D-Wave seinen Pegasus-Quantenprozessorchip der nächsten Generation an und kündigte an, dass er “das weltweit am meisten vernetzte kommerzielle Quantensystem” mit 15 Verbindungen pro Qubit anstelle von 6 sein wird. dass das System der nächsten Generation den Pegasus-Chip verwenden würde; dass es mehr als 5000 Qubits und weniger Rauschen haben würde; und dass es Mitte 2020 verfügbar sein würde.[55]

Eine Beschreibung von Pegasus und seiner Unterschiede zur vorherigen “Chimera” -Architektur wurde der Öffentlichkeit zugänglich gemacht.[3][4]

Vergleich von D-Wave-Systemen[edit]

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

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Externe Links[edit]