Prototipe eksperimental menawarkan cuplikan komputer kuantum 7.000-qubit

 Sumber : Charles Q. CHOI - IEEE Spectrum

Ketika pelopor komputasi kuantum D-Wave merilis sistem Advantage2 generasi berikutnya pada tahun 2023 atau 2024, perusahaan mengharapkan mesin 7.000-qubitnya menjadi komputer kuantum paling kuat dari jenisnya di dunia. Sekarang D-Wave membuat prototipe eksperimental Advantage2 segera tersedia untuk digunakan melalui cloud.

Komputer klasik menyalakan atau mematikan transistor untuk melambangkan data sebagai satu atau nol. Sebaliknya, komputer kuantum menggunakan bit kuantum, atau "qubit." Karena sifat fisika kuantum yang aneh, qubit dapat eksis dalam keadaan yang disebut superposisi, di mana mereka pada dasarnya adalah 1 dan 0 pada saat yang sama. Fenomena ini memungkinkan setiap qubit melakukan dua perhitungan sekaligus. Semakin banyak qubit yang terhubung secara mekanis kuantum, atau terjerat, dalam komputer kuantum, semakin besar daya komputasinya dapat tumbuh, secara eksponensial.

Pendekatan standar untuk membangun komputer kuantum, yang disebut model gerbang, melibatkan pengaturan qubit di sirkuit dan membuatnya berinteraksi satu sama lain dalam urutan tetap. Sebaliknya, D-Wave—berbasis di Burnaby, B.C, Kanada—telah lama berfokus pada apa yang disebut komputer kuantum anil. Sepupu kuantum dari komputer anil klasik, mesin ini menemukan keadaan energi terendah dengan mendinginkannya secara perlahan—dengan cara yang hampir sama seperti logam dan kristal terkadang ditempa untuk meminimalkan ketidaksempurnaan. Mesin anil kuantum, kemudian, mulai dengan satu set qubit yang interaksinya pada keadaan energi terendah, yang disebut keadaan dasar, mewakili jawaban yang benar untuk masalah spesifik yang diprogram untuk dipecahkan oleh para peneliti.

“Mengingat hasil positif awal, kami ingin menyerahkannya ke tangan pengembang dan peneliti sekarang untuk eksplorasi dan pembelajaran.”

—Emile Hoskinson, Gelombang-D

Aplikasi ideal untuk komputer kuantum anil dapat memecahkan masalah optimasi, kata Emile Hoskinson, fisikawan eksperimental dan direktur produk anil kuantum di D-Wave. Ini berusaha untuk menemukan jawaban terbaik dari semua solusi yang mungkin, seperti memetakan rute tercepat dari titik A ke titik B.

Misalnya, bayangkan mencoba menemukan titik terendah di lanskap luas yang tertutup perbukitan dan lembah. Komputer klasik mungkin mulai di tempat acak di permukaan dan mencari tempat yang lebih rendah untuk dijelajahi sampai tidak bisa berjalan menuruni bukit lagi. Pendekatan ini sering kali dapat terjebak dalam “minimum lokal”, sebuah lembah yang sebenarnya bukan titik terendah di permukaan.

Di sisi lain, komputer kuantum anil dapat memungkinkan untuk memulai di banyak titik di permukaan pada saat yang sama, mengurangi kemungkinan terperangkap dalam minimum lokal. Mereka bahkan pada dasarnya dapat membuat terowongan melalui bukit untuk melihat apakah ada lembah yang lebih rendah di luarnya, atau berbagi data dari beberapa tempat untuk menemukan pola yang mungkin mengarah ke titik yang lebih dalam.

Didirikan pada tahun 1999, D-Wave menyebut dirinya sebagai pemasok komputer kuantum komersial pertama di dunia. Perusahaan ini telah lama terbukti kontroversial, dengan banyak kritik selama bertahun-tahun mempertanyakan apakah mesinnya lebih kuat daripada komputer biasa.

Namun demikian, D-Wave telah mengklaim pangsa klien profil tinggi selama bertahun-tahun. Perusahaan ini menjual sistem komputasi kuantum pertamanya, D-Wave One 128-qubit, ke Lockheed Martin pada 2011, dan mengirimkan D-Wave Two 512-qubit ke Quantum Artificial Intelligence Lab milik NASA—diluncurkan dalam kemitraan dengan Google dan Universities Space Research Asosiasi—pada tahun 2013.

Ketika D-Wave's Advantage2 datang online tahun depan atau tahun berikutnya, itu akan menjadi komputer kuantum anil paling kuat di dunia, kata Hoskinson. Sekarang perusahaan merilis prototipe eksperimental Advantage2, dengan semua fungsionalitas inti dari produk skala penuh yang tersedia untuk pengujian.

“Portofolio luas pelanggan perusahaan kami—seperti Volkswagen, Save-on-Foods, Denso, Toyota, BBVA, NEC, Accenture, dan Lockheed Martin—telah membangun ratusan aplikasi kuantum awal di berbagai bidang seperti penjadwalan sumber daya, mobilitas, logistik , penemuan obat, pengoptimalan portofolio, proses manufaktur, dan banyak lagi,” kata Hoskinson. “Kami berharap Advantage2 dapat digunakan untuk mengatasi masalah dengan kompleksitas yang lebih besar. Ketika kita berbicara tentang mengatasi petak masalah yang lebih luas, yang kami maksud adalah teknologi yang ditingkatkan dapat mengatasi masalah yang lebih besar, lebih kompleks, dan yang mencakup lebih banyak kasus penggunaan di berbagai vertikal. Ini akan mengatasi masalah yang sama seperti sebelumnya, tetapi lebih baik dan lebih cepat.”

Prototipe ini menampung lebih dari 500 qubit fluks superkonduktor. Desain baru qubit memungkinkan apa yang disebut D-Wave sebagai Zephyrtopology, yang mendukung konektivitas interqubit 20 arah, naik dari 15 di generasi sebelumnya, Advantage.

“Sebuah analogi untuk menggambarkan pentingnya konektivitas adalah jaringan sosial, di mana pengaruh, dan kompleksitas interaksi, tumbuh dengan jumlah koneksi antar node,” kata Hoskinson. Kompleksitas dapat berarti ukuran masalah, seperti jumlah variabel, kendala, adan seterusnya. Ini juga bisa berarti konteks aplikasi komersial dan bisnis—misalnya, jika bisnis tertentu memerlukan waktu penyelesaian yang cepat karena permintaan bisnis, seperti perubahan jadwal, ketergantungan rantai pasokan, dan sebagainya, maka itu membuat masalah menjadi lebih rumit. kompleks. Kami melihat Advantage2 memecahkan masalah dengan lebih baik dan lebih cepat, menangani kedua jenis kasus penggunaan yang kompleks ini.”

Desain qubit baru juga mendukung skala energi yang lebih tinggi, yang membuat qubit kurang rentan terhadap gangguan dari fluktuasi termal. Hal ini pada gilirannya mengurangi tingkat kesalahan dalam perhitungan kuantum.

Dalam pengujian, ketika qubit prototipe diatur dalam topologi "asli" standar mereka, ia menemukan solusi yang lebih baik hingga 89 persen kasus jika dibandingkan dengan Advantage, catatan perusahaan. Ketika datang ke masalah yang membutuhkan konektivitas yang lebih besar antara qubit, beberapa qubit dapat dihubungkan bersama dalam strategi yang disebut embedding, dan konektivitas interqubit Advantage2 yang lebih besar memimpin prototipe untuk menemukan solusi berkualitas lebih baik daripada Advantage dalam hingga 82 persen dari masalah tersebut.

“Banyak masalah yang menarik secara komersial membutuhkan penyematan,” kata Hoskinson. “Dengan topologi Advantage2 Zephyr baru dan peningkatan skala energi, kami melihat peningkatan kinerja untuk masalah bawaan dan tertanam.”

D-Wave awalnya tidak berencana untuk membuat prototipenya tersedia untuk umum, “tetapi mengingat hasil awal yang positif, kami ingin membawanya ke tangan pengembang dan peneliti sekarang untuk eksplorasi dan pembelajaran,” kata Hoskinson. “Ini tentang belajar dari komunitas kami untuk memaksimalkan kinerja aplikasi komersial saat kami membangun komputer kuantum Advantage2 skala penuh akhir.”

Hoskinson mencatat bahwa D-Wave juga sedang mengerjakan proses fabrikasi baru yang seharusnya menghasilkan lebih sedikit noise di komputer kuantum perusahaan, meningkatkan peluang mereka untuk menemukan solusi berkualitas tinggi.

“Sementara prototipe dikembangkan di tumpukan fabrikasi kami yang berkembang pesat saat ini, produk Advantage2 akhirnya akan diproduksi dalam tumpukan kebisingan rendah yang semuanya baru,” katanya. “Kami memiliki hasil awal untuk tumpukan baru yang menunjukkan pengurangan tujuh kali dalam kebisingan fluks frekuensi rendah, pengurangan tiga kali dalam kebisingan fluks terintegrasi, dan urutan pengurangan besar dalam kebisingan fluks frekuensi tinggi. Ini akan sangat membantu peningkatan kinerja lebih lanjut dalam sistem Advantage2 penuh.”

D-Wave membuat prototipe tersedia melalui layanan cloud kuantum Leap pada bulan Juni.