49°15′24″N 122°59′57″O / 49.256613°N 122.9990452°W / 49.256613; -122.9990452
D-Wave Quantum Systems Inc. es una empresa de computación cuántica con sedes en Palo Alto, California y Burnaby, Columbia Británica . D-Wave afirma ser la primera empresa del mundo en vender computadoras que explotan los efectos cuánticos en su funcionamiento. [3] Los primeros clientes de D-Wave incluyen a Lockheed Martin , la Universidad del Sur de California , Google / NASA y el Laboratorio Nacional de Los Álamos .
D-Wave no implementa una computadora cuántica genérica; en cambio, sus computadoras implementan un recocido cuántico especializado . [4]
D-Wave fue fundada por Haig Farris, Geordie Rose, Bob Wiens y Alexandre Zagoskin. [5] Farris impartió un curso de negocios en la Universidad de Columbia Británica (UBC), donde Rose obtuvo su doctorado , y Zagoskin fue becario postdoctoral . El nombre de la empresa hace referencia a sus primeros diseños de cúbits, que utilizaban superconductores de ondas d .
D-Wave operaba como una rama de la UBC, manteniendo vínculos con el Departamento de Física y Astronomía. [6] Financiaba la investigación académica en computación cuántica , construyendo así una red colaborativa de científicos investigadores. La empresa colaboraba con varias universidades e instituciones, entre ellas la UBC , el IPHT Jena , la Universidad de Sherbrooke , la Universidad de Toronto , la Universidad de Twente , la Universidad Tecnológica de Chalmers , la Universidad de Erlangen y el Laboratorio de Propulsión a Chorro . Estas asociaciones se enumeraron en el sitio web de D-Wave hasta 2005. [7] [8] En junio de 2014, D-Wave anunció un nuevo ecosistema de aplicaciones cuánticas con la firma de finanzas computacionales 1QB Information Technologies (1QBit) y el grupo de investigación del cáncer DNA-SEQ para centrarse en la solución de problemas del mundo real con hardware cuántico. [9]
El 11 de mayo de 2011, D-Wave Systems anunció D-Wave One , descrito como "el primer ordenador cuántico disponible comercialmente en el mundo", que funciona con un chipset de 128 qubits [10] que utiliza recocido cuántico (un método general para encontrar el mínimo global de una función mediante un proceso que utiliza fluctuaciones cuánticas ) [11] [12] [13] [14] para resolver problemas de optimización . El D-Wave One se construyó sobre prototipos tempranos como el Orion Quantum Computer de D-Wave. El prototipo era un procesador de recocido cuántico de 16 qubits , demostrado el 13 de febrero de 2007 en el Computer History Museum en Mountain View, California . [15] D-Wave demostró lo que afirmaban que era un procesador de recocido cuántico de 28 qubits el 12 de noviembre de 2007. [16] El chip se fabricó en el Laboratorio de Microdispositivos del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California. [17]
En mayo de 2013, una colaboración entre la NASA , Google y la Asociación de Investigación Espacial de Universidades (USRA) lanzó un Laboratorio de Inteligencia Artificial Cuántica basado en la computadora cuántica D-Wave Two de 512 qubits que se utilizaría para la investigación en aprendizaje automático, entre otros campos de estudio. [18]
El 20 de agosto de 2015, D-Wave Systems anunció [19] la disponibilidad general del sistema D-Wave 2X [20] , un ordenador cuántico de más de 1000 cúbits. A esto le siguió un anuncio [21] el 28 de septiembre de 2015, en el que se informaba de que se había instalado en el Laboratorio de Inteligencia Artificial Cuántica del Centro de Investigación Ames de la NASA .
En enero de 2017, D-Wave lanzó D-Wave 2000Q y un repositorio de código abierto que contiene herramientas de software para recocidos cuánticos. Contiene Qbsolv , [22] [23] [24] , que es un software de código abierto que resuelve problemas QUBO tanto en los procesadores cuánticos de la empresa como en arquitecturas de hardware clásicas.
D-Wave operó desde varias ubicaciones en Vancouver, Columbia Británica, y en espacios de laboratorio en la UBC antes de mudarse a su ubicación actual en el suburbio vecino de Burnaby. D-Wave también tiene oficinas en Palo Alto y Vienna, EE. UU. [ cita requerida ]
El primer procesador D-Wave producido comercialmente fue un circuito integrado superconductor programable [25] con hasta 128 qubits de flujo superconductor acoplados por pares [26] . [27] [28] [29] El procesador de 128 qubits fue reemplazado por un procesador de 512 qubits en 2013. [30] El procesador está diseñado para implementar un recocido cuántico de propósito especial [11] [12] [13] [14] en lugar de funcionar como una computadora cuántica de modelo de puerta universal .
Las ideas subyacentes para el enfoque D-Wave surgieron de resultados experimentales en física de materia condensada y trabajo particular sobre recocido cuántico en imanes realizado por Gabriel Aeppli , Thomas Felix Rosenbaum y colaboradores, [31] quienes habían estado verificando [32] [33] las ventajas, [34] propuestas por Bikas K. Chakrabarti y colaboradores, del efecto túnel/fluctuaciones cuánticas en la búsqueda de estados fundamentales en vidrios de espín . Estas ideas fueron posteriormente reformuladas en el lenguaje de la computación cuántica por los físicos del MIT Edward Farhi , Seth Lloyd , Terry Orlando y Bill Kaminsky, cuyas publicaciones en 2000 [35] y 2004 [36] proporcionaron tanto un modelo teórico para la computación cuántica que encajaba con el trabajo anterior en magnetismo cuántico (específicamente el modelo de computación cuántica adiabática y el recocido cuántico, su variante de temperatura finita), como una habilitación específica de esa idea utilizando qubits de flujo superconductor que es un primo cercano de los diseños producidos por D-Wave. Para entender los orígenes de gran parte de la controversia en torno al enfoque D-Wave, es importante señalar que los orígenes del enfoque D-Wave para la computación cuántica no surgieron del campo de la información cuántica convencional, sino de la física experimental de la materia condensada.
D-Wave mantiene una lista de publicaciones técnicas revisadas por pares realizadas por sus científicos y otros en su sitio web. [37]
El 13 de febrero de 2007, D-Wave demostró el sistema Orion, ejecutando tres aplicaciones diferentes en el Museo de Historia de la Computación en Mountain View, California . Esto marcó la primera demostración pública de lo que se supone que es una computadora cuántica y un servicio asociado. [ cita requerida ]
La primera aplicación, un ejemplo de comparación de patrones , realizó una búsqueda de un compuesto similar a un fármaco conocido dentro de una base de datos de moléculas . La siguiente aplicación calculó la disposición de los asientos para un evento sujeto a compatibilidades e incompatibilidades entre los invitados. La última consistió en resolver un sudoku . [38]
Los procesadores que se encuentran en el corazón del "sistema de computación cuántica Orion" de D-Wave están diseñados para usarse como procesadores aceleradores de hardware en lugar de como microprocesadores de computadora de propósito general. El sistema está diseñado para resolver un problema NP-completo particular relacionado con el modelo de Ising bidimensional en un campo magnético . [15] D-Wave denomina al dispositivo un procesador de computadora cuántica adiabático superconductor de 16 qubits . [39] [40]
Según la empresa, un front-end convencional que ejecuta una aplicación que requiere la solución de un problema NP-completo, como la coincidencia de patrones, pasa el problema al sistema Orion.
Según Geordie Rose, fundador y director de tecnología de D-Wave, los problemas NP-completos "probablemente no sean exactamente solucionables, sin importar cuán grandes, rápidos o avanzados se vuelvan los ordenadores"; el ordenador cuántico adiabático utilizado por el sistema Orion está destinado a calcular rápidamente una solución aproximada. [41]
El 8 de diciembre de 2009, en la conferencia Neural Information Processing Systems ( NeurIPS ), un equipo de investigación de Google dirigido por Hartmut Neven utilizó el procesador de D-Wave para entrenar un clasificador de imágenes binarias. [42]
El 11 de mayo de 2011, D-Wave Systems anunció el D-Wave One, un sistema informático cuántico integrado que funciona con un procesador de 128 qubits. El procesador utilizado en el D-Wave One, cuyo nombre en código es "Rainier", realiza una única operación matemática, la optimización discreta . Rainier utiliza el recocido cuántico para resolver problemas de optimización. Se afirmó que el D-Wave One era el primer sistema informático cuántico disponible comercialmente del mundo. [43] Su precio se citó en aproximadamente 10.000.000 de dólares estadounidenses . [3]
Un equipo de investigación dirigido por Matthias Troyer y Daniel Lidar descubrió que, si bien hay evidencia de recocido cuántico en D-Wave One, no observaron un aumento de velocidad en comparación con las computadoras clásicas. Implementaron un algoritmo clásico optimizado para resolver el mismo problema particular que D-Wave One. [44] [45]
En noviembre de 2010, [46] Lockheed Martin firmó un contrato plurianual con D-Wave Systems para aprovechar los beneficios de un procesador de recocido cuántico aplicado a algunos de los problemas computacionales más desafiantes de Lockheed. El contrato se anunció más tarde el 25 de mayo de 2011. El contrato incluía la compra de la computadora cuántica D-Wave One, el mantenimiento y los servicios profesionales asociados. [47]
En agosto de 2012, un equipo de investigadores de la Universidad de Harvard presentó los resultados del mayor problema de plegamiento de proteínas resuelto hasta la fecha utilizando una computadora cuántica. Los investigadores resolvieron casos de un modelo de plegamiento de proteínas en red, conocido como el modelo Miyazawa-Jernigan , en una computadora cuántica D-Wave One. [48] [49]
A principios de 2012, D-Wave Systems reveló una computadora cuántica de 512 qubits, cuyo nombre en código era Vesuvius , [50] que se lanzó como procesador de producción en 2013. [51]
En mayo de 2013, Catherine McGeoch , consultora de D-Wave, publicó la primera comparación de la tecnología con ordenadores de sobremesa de gama alta que ejecutaban un algoritmo de optimización. Utilizando una configuración con 439 qubits, el sistema funcionó 3.600 veces más rápido que CPLEX , el mejor algoritmo en la máquina convencional, resolviendo problemas con 100 o más variables en medio segundo en comparación con media hora. Los resultados se presentaron en la conferencia Computing Frontiers 2013. [52]
En marzo de 2013, varios grupos de investigadores del taller de Computación Cuántica Adiabática del Instituto de Física de Londres produjeron evidencia, aunque sólo indirecta, de entrelazamiento cuántico en los chips D-Wave. [53]
En mayo de 2013 se anunció que una colaboración entre la NASA, Google y la USRA lanzó un Laboratorio de Inteligencia Artificial Cuántica en la División de Supercomputación Avanzada de la NASA en el Centro de Investigación Ames en California, utilizando un D-Wave Two de 512 qubits que se utilizaría para la investigación en aprendizaje automático, entre otros campos de estudio. [18] [54]
El 20 de agosto de 2015, D-Wave lanzó la disponibilidad general de su computadora D-Wave 2X, con 1000 qubits en una arquitectura de gráfico Chimera (aunque, debido a los desplazamientos magnéticos y la variabilidad de fabricación inherente a la fabricación de circuitos superconductores, menos de 1152 qubits son funcionales y están disponibles para su uso; la cantidad exacta de qubits producidos variará con cada procesador específico fabricado). Esto fue acompañado por un informe que compara las velocidades con las CPU de un solo subproceso de alta gama. [55] A diferencia de los informes anteriores, este declaró explícitamente que la cuestión de la aceleración cuántica no era algo que estuvieran tratando de abordar, y se centró en ganancias de rendimiento de factor constante sobre el hardware clásico. Para problemas de propósito general, se informó una aceleración de 15x, pero vale la pena señalar que estos algoritmos clásicos se benefician de manera eficiente de la paralelización, de modo que la computadora estaría funcionando a la par de, tal vez, 30 núcleos de un solo subproceso de alta gama.
El procesador D-Wave 2X se basa en un chip de 2048 qubits con la mitad de los qubits deshabilitados; estos se activaron en el D-Wave 2000Q. [56] [57]
En febrero de 2019, D-Wave anunció el sistema de próxima generación que se convertiría en Advantage . [58] La arquitectura Advantage aumentaría el número total de qubits a más de 5000 y cambiaría a la topología de gráfico Pegasus, aumentando las conexiones por qubit a 15. D-WAVE afirmó que la arquitectura Advantage proporcionó una aceleración de 10 veces en el tiempo de resolución sobre la oferta de productos 2000Q. D-WAVE afirma que una actualización de rendimiento de Advantage de seguimiento incremental proporciona una aceleración de 2x sobre Advantage y una aceleración de 20x sobre 2000Q, entre otras mejoras. [59]
En 2021, D-Wave anunció el sistema de próxima generación que se convertiría en Advantage 2. [60] La arquitectura Advantage aumentaría el número total de qubits a más de 7000 y cambiaría a la topología gráfica Zephyr, aumentando las conexiones por qubit a 20. [60] [61] [62] [63] [64]
Rendimiento teórico de un procesador D-Wave