49°15′24″N 122°59′57″W / 49.256613°N 122.9990452°W / 49.256613; -122.9990452
D-Wave Quantum Systems Inc. es una empresa canadiense de computación cuántica , con sede en Burnaby, Columbia Británica . D-Wave afirma ser la primera empresa del mundo en vender computadoras que explotan los efectos cuánticos en su funcionamiento. [2] Los primeros clientes de D-Wave incluyen 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 . [3]
D-Wave fue fundada por Haig Farris, Geordie Rose, Bob Wiens y Alexandre Zagoskin. [4] 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 qubit, que utilizaban superconductores de onda D.
D-Wave operaba como una filial de la UBC, manteniendo vínculos con el Departamento de Física y Astronomía. [5] Financió investigaciones académicas en computación cuántica , construyendo así una red colaborativa de científicos investigadores. La empresa colaboró con varias universidades e instituciones, incluidas la UBC , 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 Jet Propulsion Laboratory . Estas asociaciones se enumeraron en el sitio web de D-Wave hasta 2005. [6] [7] 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 enfocarse sobre la resolución de problemas del mundo real con hardware cuántico. [8]
El 11 de mayo de 2011, D-Wave Systems anunció D-Wave One , descrita como "la primera computadora cuántica disponible comercialmente en el mundo", que opera en un chipset de 128 qubit [9] usando recocido cuántico (un método general para encontrar el mínimo global). de una función mediante un proceso que utiliza fluctuaciones cuánticas ) [10] [11] [12] [13] para resolver problemas de optimización . El D-Wave One se construyó a partir de prototipos anteriores, como la computadora Orion Quantum de D-Wave. El prototipo era un procesador de recocido cuántico de 16 qubits , demostrado el 13 de febrero de 2007 en el Museo de Historia de la Computación en Mountain View, California . [14] D-Wave demostró lo que afirmaban ser un procesador de recocido cuántico de 28 qubits el 12 de noviembre de 2007. [15] El chip fue fabricado en el Laboratorio de Microdispositivos del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California. [dieciséis]
En mayo de 2013, una colaboración entre la NASA , Google y la Asociación Universitaria de Investigación Espacial (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 del aprendizaje automático, entre otros campos. de estudio. [17]
El 20 de agosto de 2015, D-Wave Systems anunció [18] la disponibilidad general del sistema D-Wave 2X [19] , una computadora cuántica de más de 1000 qubits. A esto le siguió un anuncio [20] el 28 de septiembre de 2015, 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 , [21] [22] [23] que es una pieza de software de código abierto que resuelve problemas QUBO tanto en los procesadores cuánticos de la empresa como en las arquitecturas de hardware clásicas.
D-Wave operó desde varias ubicaciones en Vancouver, Columbia Británica, y 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 Viena, EE.UU. [ cita necesaria ]
El primer procesador D-Wave producido comercialmente fue un circuito integrado superconductor programable [24] con hasta 128 qubits de flujo superconductores acoplados por pares [25] . [26] [27] [28] El procesador de 128 qubit fue reemplazado por un procesador de 512 qubit en 2013. [29] El procesador está diseñado para implementar un recocido cuántico de propósito especial [10] [11] [12] [ 13] 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 la materia condensada y, en particular, del trabajo sobre recocido cuántico en imanes realizado por Gabriel Aeppli , Thomas Felix Rosenbaum y sus colaboradores, [30] que habían estado verificando [31] [32 ] las ventajas, [33] propuestas por Bikas K. Chakrabarti y colaboradores, de los túneles/fluctuaciones cuánticas en la búsqueda de estados fundamentales en vidrios giratorios . 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 [34] y 2004 [35] proporcionaron un modelo teórico para la computación cuántica que encajaba con el trabajo anterior sobre magnetismo cuántico (específicamente el modelo de computación cuántica adiabática y el recocido cuántico, su variante de temperatura finita), y una habilitación específica de esa idea utilizando qubits de flujo superconductores que son primos cercanos de los diseños producidos por D-Wave. Para comprender 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 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 propios científicos y otros en su sitio web. [36]
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, supuestamente, una computadora cuántica y su servicio asociado. [ cita necesaria ]
La primera aplicación, un ejemplo de coincidencia de patrones , realizaba 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 invitados. El último implicó resolver un Sudoku . [37]
Los procesadores en el corazón del "sistema de computación cuántica Orion" de D-Wave están diseñados para usarse como procesadores aceleradores de hardware en lugar de microprocesadores de computadora de uso general . El sistema está diseñado para resolver un problema NP-completo particular relacionado con el modelo bidimensional de Ising en un campo magnético . [14] D-Wave denomina al dispositivo un procesador de computadora cuántico adiabático superconductor de 16 qubits . [38] [39]
Según la empresa, una interfaz 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, fundadora y directora de tecnología de D-Wave, los problemas NP-completos "probablemente no tengan solución exacta, sin importar cuán grandes, rápidas o avanzadas sean las computadoras"; La computadora cuántica adiabática utilizada por el sistema Orión tiene como objetivo calcular rápidamente una solución aproximada. [40]
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 D-Wave para entrenar un clasificador de imágenes binarias. [41]
El 11 de mayo de 2011, D-Wave Systems anunció D-Wave One, un sistema informático cuántico integrado que se ejecuta en un procesador de 128 qubit. 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 en el mundo. [42] Su precio se cotizaba en aproximadamente 10.000.000 de dólares estadounidenses . [2]
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 vieron ningún aumento de velocidad en comparación con las computadoras clásicas. Implementaron un algoritmo clásico optimizado para resolver el mismo problema particular que el D-Wave One. [43] [44]
En noviembre de 2010, [45] Lockheed Martin firmó un contrato de varios años con D-Wave Systems para obtener los beneficios basados en 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. [46]
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 reticulares, conocido como modelo de Miyazawa-Jernigan , en una computadora cuántica D-Wave One. [47] [48]
A principios de 2012, D-Wave Systems reveló una computadora cuántica de 512 qubit, con el nombre en código Vesuvius , [49] que se lanzó como procesador de producción en 2013. [50]
En mayo de 2013, Catherine McGeoch , consultora de D-Wave, publicó la primera comparación de la tecnología con computadoras de escritorio de alta gama que ejecutan un algoritmo de optimización. Utilizando una configuración de 439 qubits, el sistema funcionó 3.600 veces más rápido que CPLEX , el mejor algoritmo de la máquina convencional, resolviendo problemas con 100 o más variables en medio segundo frente a media hora. Los resultados se presentan en la conferencia Computing Frontiers 2013. [51]
En marzo de 2013, varios grupos de investigadores del taller de Computación Cuántica Adiabática del Instituto de Física de Londres produjeron pruebas, aunque sólo indirectas, de entrelazamiento cuántico en los chips D-Wave. [52]
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 qubit que se utilizaría para la investigación. en el aprendizaje automático, entre otros campos de estudio. [17] [53]
El 20 de agosto de 2015, D-Wave lanzó la disponibilidad general de su computadora D-Wave 2X, con 1000 qubits en una arquitectura gráfica Chimera (aunque, debido a las compensaciones magnéticas y la variabilidad de fabricación inherente a la fabricación del circuito superconductor, se necesitan menos de 1152 qubits). funcional y disponible para su uso; el número exacto de qubits producidos variará con cada procesador específico fabricado). Esto fue acompañado por un informe que comparaba velocidades con CPU de un solo subproceso de alta gama. [54] A diferencia de informes anteriores, éste 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 eficientemente de la paralelización, de modo que la computadora tendría un rendimiento a la par de, quizás, 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 desactivados; estos se activaron en el D-Wave 2000Q. [55] [56]
En febrero de 2019, D-Wave anunció el sistema de próxima generación que se convertiría en Advantage . [57] La arquitectura Advantage aumentaría el número total de qubits a más de 5000 y cambiaría a la topología del gráfico Pegasus, aumentando las conexiones por qubit a 15. D-WAVE afirmó que la arquitectura Advantage proporcionó una aceleración 10 veces mayor en el tiempo de resolución. más de la oferta de productos del año 2000Q. D-WAVE afirma que una actualización de rendimiento de Advantage de seguimiento incremental proporciona una aceleración 2 veces mayor que Advantage y una aceleración 20 veces mayor que 2000Q, entre otras mejoras. [58]
Rendimiento teórico de un procesador D-Wave