Kvanttivallan ylitys hyödyllisissä, todellisissa ongelmissa

D-Wave Quantum –yhtiö tiedottaa, että heidän D-Wave Advantage2 -hehkuttava kvanttitietokoneen prototyyppi päihitti yhden maailman tehokkaimmista klassisista supertietokoneista monimutkaisten magneettisten materiaalien simulointiongelmien ratkaisemisessa materiaalien löytämisen kannalta.

Uusi maamerkki, vertaisarvioitu paperi " Beyond-Classical Computation in Quantum Simulation" vahvistaa tämän saavutuksen maailman ensimmäisenä ja ainoana osoituksena kvanttilaskennan ylivallasta hyödyllisessä ongelmassa.

D-Waven johtama tiedemiesten kansainvälinen yhteistyö suoritti kvanttidynamiikan simulaatioita ohjelmoitavissa spin-laseissa – laskennallisesti vaativien magneettisten materiaalien simulaatioongelmia tunnetuilla liike-elämän ja tieteen sovelluksilla – sekä D-Waven Advantage2 –prototyyppi hehkutuskvanttitietokoneella että Frontier-supertietokoneella Department of Energy's Oak Ridge National Laboratoryssa.

Työ simuloi hilarakenteiden ja -kokojen sarjan käyttäytymistä eri evoluutioaikoina ja tuotti useita tärkeitä materiaaliominaisuuksia. D-Waven kvanttitietokone suoritti monimutkaisimman simulaation minuuteissa ja sellaisella tarkkuudella, joka kestäisi supertietokonetta käytettäessä lähes miljoona vuotta. Lisäksi tämän ongelman ratkaiseminen GPU-klustereilla rakennetulla supertietokoneella vaatisi käyttötehoa enemmän kuin maailman vuotuinen sähkönkulutus.

Materiaalien käyttäytymistä säätelevät kvanttifysiikan lait. Magneettisten materiaalien kvanttiluonteen ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää, jotta löydettäisiin uusia tapoja käyttää niitä teknologiseen kehitykseen, jolloin materiaalien simuloinnista ja löydöstä tulee tärkeä tutkimusalue D-Wavelle ja laajemmalle tiedeyhteisölle.

Magneettisten materiaalien simulaatioissa, kuten tässä työssä, tutkitaan tietokonemallien avulla, kuinka alkeishiukkaset reagoivat ulkoisiin tekijöihin.

"Tämä tutkimus osoittaa, että D-Waven kvanttitietokoneet voivat luotettavasti ratkaista kvanttidynamiikan ongelmia, jotka voivat johtaa uusien materiaalien löytämiseen", sanoi tohtori Andrew King, D-Waven arvostettu tutkija. "D-Waven teknologian avulla voimme luoda ja käsitellä ohjelmoitavaa kvanttiainetta tavoilla, jotka olivat mahdottomia vielä muutama vuosi sitten."

Materiaalien löytäminen on laskennallisesti monimutkainen, energiaintensiivinen ja kallis tehtävä. Nykypäivän supertietokoneilla ja HPC-keskuksilla, jotka on rakennettu kymmenistä tuhansista GPU:ista, ei aina ole laskentatehoa suorittaakseen monimutkaisia materiaalisimulaatioita oikea-aikaisesti tai energiatehokkaasti.

"Sen lisäksi, että tämä tutkimussaavutus toteuttaa Richard Feynmanin vision simuloida luontoa kvanttitietokoneella, se voi avata uusia rajoja tieteellisille löydöksille ja kvanttisovellusten kehitykselle." sanoi D-Waven johtava tiedemies Mohammad Amin.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttisimulaattori auttaa löytämään materiaaleja

Uusi resepti kvanttisimuloinnille

Kvanttisimulointia analogisesti ja koneoppimisella