D-Wave

A D-Wave é líder no desenvolvimento e fornecimento de sistemas, software e serviços de computação quântica e é o primeiro fornecedor comercial de computadores quânticos do mundo. Nossa missão é liberar o poder da computação quântica, oferecendo valor ao cliente por meio de aplicações práticas. Nossos são usados por algumas das organizações mais avançadas do mundo, desde empresas globais como Lockheed Martin, DENSO e Volkswagen até centros de pesquisa nacionais como NASA Ames, Los Alamos National Lab, Oak Ridge National Lab e Forschungszentrum Jülich.

d-wave-systems_logo_201804131305387

O computador quântico D-Wave utiliza a dinâmica quântica para acelerar e habilitar novos métodos para resolver problemas complexos de otimização discreta, aderência a restrições, inteligência artificial, machine learning, ciência dos materiais e simulação. Estes tipos de problemas são aplicáveis a uma grande variedade de utilizações em áreas tão diversas como modelagem financeira, programação de linhas aéreas, modelagem de eleições, química quântica, simulação física, design automotivo, saúde preventiva, logística e muito mais.

Nosso sistema usa o recozimento quântico para resolver problemas representados como funções matemáticas (de forma semelhante a uma paisagem com picos e vales) aproveitando efeitos mecânicos quânticos, incluindo superposição, emaranhamento e tunelamento para encontrar seus mínimos globais, correspondentes a soluções ideais ou quase ideais. As dimensões do nosso dispositivo são 10 x 7 x 10 pés. O gabinete físico abriga sistemas criogênicos de refrigeração sofisticados, blindagem e E/S para oferecer uma Quantum Processing Unit (QPU – Unidade de processamento quântico). Para que os efeitos quânticos desempenhem sua função no cálculo, a QPU exige um ambiente isolado. O refrigerador e as camadas de blindagem criam um ambiente interno de alto vácuo com uma temperatura próxima ao zero absoluto, que é isolada de campos magnéticos externos, vibrações e sinais de radiofrequência.

A QPU em si é criada de uma rede de qubits de fluxo supercondutor interligados. Cada qubit consiste em um pequeno laço de metal interrompido por uma junção de Josephson. Nas baixas temperaturas do nosso sistema, esses laços tornam-se supercondutores e apresentam efeitos mecânicos quânticos. Quando um qubit está em um estado quântico, a corrente flui simultaneamente em ambas as direções, o que significa que o qubit está em sobreposição, ou seja, nos estados 0 e 1 ao mesmo tempo. Ao final do processo de resolução de problemas, essa sobreposição se reduz a um dos dois estados clássicos, 0 ou 1.

Para passar de uma QPU com um único qubit para outra com vários qubits, é preciso que os qubits estejam interconectados para trocar informações. Os qubits são conectados por acopladores, que também são laços supercondutores. A interconexão de qubits e acopladores, juntamente com os circuitos de controle para gerenciar os campos magnéticos, cria uma malha integrada de dispositivos quânticos programáveis. Quando a QPU alcança a solução de um problema, todos os qubits se ajustam a seus estados finais e seus valores são devolvidos ao usuário.

Os clientes do Amazon Braket terão acesso ao vivo e em tempo real aos computadores quânticos da D-Wave. Para otimizar o uso do nosso sistema, os clientes da AWS usarão o D-Wave Ocean SDK, um conjunto de ferramentas Python que apoiam o mapeamento de problemas mediante a tradução dos objetivos do aplicativo para uma forma adequada para solução pelo computador quântico D-Wave e, em seguida, devolvem soluções adequadas para o aplicativo original. O SDK também inclui uma API Uniform Sampler, uma camada de abstração que representa o problema de uma forma que pode ser usada pelo computador quântico, e ferramentas de seleção de amostras que permitem que o usuário indique qual dos vários métodos (denominados “samplers”) serão usados para resolver os problemas. Os métodos incluem a execução de recozimento quântico, hardware de computador clássico executando algoritmos clássicos ou possivelmente samplers projetados especificamente.

Embora os usuários possam apresentar problemas para o sistema de várias maneiras diferentes, essencialmente, um problema é representado como um conjunto de valores que correspondem aos pesos dos qubits e à força dos acopladores. As soluções de problemas correspondem à configuração ideal de qubits encontrada, ou seja, os pontos mais baixos no cenário de energia. Esses valores são retornados para o usuário. Como os computadores quânticos são probabilísticos e não determinísticos, vários valores podem ser retornados, representando um conjunto de soluções boas (ou até mesmo ideais) para um problema.

IonQ

A IonQ é líder em computação quântica universal. Acreditamos que a melhor maneira de construir um computador quântico é começar pela natureza: a IonQ usa átomos individuais como o núcleo de nossas unidades de processamento quântico. Levitamos esses átomos no espaço com eletrodos definidos por semicondutores em um chip. Em seguida, usamos lasers para preparação inicial, operações de portas e leitura final. Para juntar tudo isso, são necessários uma física não intuitiva, engenharia óptica e mecânica de precisão e controle detalhado de firmware para diversos componentes. A IonQ foi fundada em 2015 por Jungsang Kim e Christopher Monroe.

IonQ Logo

A execução de tarefas computacionais no computador quântico é realizada mediante a programação da sequência de pulsos de laser usados para implementar cada operação de porta quântica. Nossa arquitetura de sistema permite operações de portas entre um conjunto arbitrário de bits quânticos (ou qubits) no sistema, fazendo dele uma máquina de computação altamente versátil que pode executar com eficiência uma grande variedade de algoritmos quânticos. Nosso sistema consegue executar diversos algoritmos quânticos, projetados para resolver problemas de simulação química e de materiais, logística e otimização, e aplicações farmacêuticas e de segurança.

A abordagem da computação quântica da IonQ, baseada em íons aprisionados, começa com átomos ionizados de itérbio. Dois estados internos destes átomos idênticos constituem as qubits, a parte mais importante de qualquer computador quântico. Cada átomo de itérbio é perfeitamente idêntico a todos os outros átomos de itérbio no universo. Primeiro, tiramos um elétron do átomo para transformar nosso átomo em um íon, e usamos um chip especializado, denominado armadilha de íons linear, para mantê-lo no espaço 3D com precisão. A armadilha contém cerca de 100 minúsculos eletrodos projetados, fabricados e controlados com precisão para gerar forças eletromagnéticas que mantêm os íons no lugar, isolados do ambiente para minimizar ruído ambiental e decoerência.

Depois que o primeiro íon assume o seu lugar, podemos carregar um número qualquer de íons em uma cadeia linear. Teoricamente, essa capacidade de reconfiguração sob demanda permite criar sistemas de um qubit até mais de 100 qubits (não disponível no momento) sem necessidade de fabricar um novo chip ou alterar o hardware subjacente. Depois que os átomos são aprisionados, podemos prepará-los em qualquer estado quântico. Eles permanecerão nesse estado indefinidamente, desde que os qubits estejam isolados do ambiente de forma adequada. Antes de podermos usar os íons para realizar cálculos quânticos, temos de prepará-los para a tarefa. Isso envolve duas etapas: refrigeração, para reduzir o ruído computacional, e preparação do estado, que inicializa cada íon em um estado “zero” bem definido, pronto para uso.

Executamos operações de porta com uma matriz de feixes laser individuais, cada um projetado em um íon individual, mais um feixe “global”. A interferência entre os dois feixes produz um sinal de controle que pode jogar os qubits para um estado diferente. Podemos manipular o estados dos íons para criar portas de um e dois qubits. Até hoje, executamos portas de um qubit em uma cadeia de 79 íons e algoritmos complexos, compostos por várias portas de dois qubits, em cadeias de até 11 íons. Após a execução da computação, o resultado é lido mediante a projeção de um laser ressonante em todos os íons para reduzir a informação quântica para um entre dois estados. A coleta e a medição dessa luz permitem ler simultaneamente o estado de redução de cada íon: um destes estados brilha quando exposto à luz laser, o outro não. Interpretamos o resultado como uma string binária. Para isolar os qubits de íons atômicos do ambiente, colocamos a armadilha dentro de uma câmara de vácuo ultra-alto e reduzimos a pressão para cerca de 10 a 11 Torr. Nessa pressão, há menos moléculas em um determinado volume que no espaço sideral.

Rigetti

A Rigetti Computing cria e implanta sistemas de computação quântica integrados usando a tecnologia de qubit supercondutor. Esses sistemas permitem que as organizações aumentem os fluxos de trabalho computacionais existentes com processadores quânticos avançados. A Rigetti atende a clientes nos setores de finanças, seguros, farmacêutica, defesa e energia com softwares personalizados e soluções completas com foco em aplicativos de simulação, otimização e machine learning. A empresa está sediada na Califórnia, EUA, com escritórios em Washington, DC; Austrália e Reino Unido.

Rigetti_Computing

Os processadores quânticos Rigetti são máquinas universais do modelo de portas e baseadas em qubits supercondutores. Os nossos chips da série Aspen incluem treliças agrupáveis de frequência fixa alternada e qubits supercondutores sintonizáveis em uma arquitetura de sistema escalável para grandes quantidades de qubits. As portas lógicas de emaranhamento paramétrico nesses chips também oferecem rapidez de tempos de porta e taxas de execução de programas. Os chips quânticos da série Aspen são fabricados na fundição dedicada de dispositivos da Rigetti usando técnicas de fabricação de última geração para circuitos supercondutores. O resultado é uma combinação poderosa de precisão, escala e velocidade.
Os processadores da Rigetti consistem em três subsistemas principais. Primeiro, os programas do usuário são otimizados para instruções de máquina nativas por meio de uma cadeia eficiente de ferramentas de compilador. Depois, um controlador de hardware de baixa latência sequencia essas instruções como sinais elétricos calibrados. Por fim, os qubits (compostos por elementos de circuito supercondutores coerentes) transduzem logicamente esses sinais elétricos como portas quânticas digitais e instruções de medição.

O gráfico de conectividade do chip Aspen é octogonal com 3 dobras (2 dobras para bordas) conectivamente. O compilador quilc da Rigetti mapeia um algoritmo quântico abstrato para esta rede de conexões físicas. Portas “SWAP”, que trocam estados quânticos entre qubits sem emaranhá-los, podem transportar informações quânticas através do processador Aspen para vincular qubits próximos não adjacentes. Como essas operações podem ter alto custo, o compilador quilc é altamente otimizado para o “problema de layout”. Especificamente, as profundidades de compilação para programas em gráficos do Aspen são muitas vezes estimadas como sendo menores ou aproximadamente iguais a uma construção de programa em série do tipo todos para todos.

O mecanismo de porta de emaranhamento de dois qubits da Rigetti (normalmente, uma porta de fase controlada ou “CZ”) é acionado por um comando de modulação de frequência (FM) elétrica. Para esta classe de “portas paramétricas”, o controlador executa uma instrução de porta CZ por meio da orientação elétrica, gerenciando os pontos operacionais de radiofrequência (GHz) de um qubit (imagine um “botão de sintonia de rádio”), invertendo esse espectro de FM em ressonância com um qubit vizinho mais próximo por uma duração definida com precisão. No gráfico do Aspen, este esquema exige que pelo menos metade dos qubits seja sintonizável por FM. Para estimar o efeito da decoerência em um algoritmo, as vidas úteis dos qubits (aproximadamente 25 a 50 μs) devem ser comparadas com a duração da porta (aproximadamente 50 a 200 ns) multiplicada pela profundidade do circuito do algoritmo. Esses tempos do mais recente processador da Rigetti (Aspen-7), baseado em um fator de forma de 32 qubits, são mostrados na Tabela 1.

rsz_rigetti_figure64ba7215f8ce1086540e2b602ccd9b8d86b1b633
Figura 1 – Topologia de circuito escalável para chips da série Aspen da Rigetti com qubits em base-8 e conexões diretas entre qubits mostradas como um gráfico.

Rigetti Aspen-7

Tempo médio de duração (μs)

Vida útil T1

41

Vida útil T2

35

Operação de porta de um qubit

0,080

Operação de porta de dois qubits

0,34

Operação de leitura

1,3

Operação de redefinição de registro

10

Tabela 1 – Vidas úteis e velocidades de operação do processador Aspen-7, dados obtidos em 24/10/2019.

Rigetti Aspen-7

Fidelidade média (por operação)

Portas de um qubit

98,7%

Portas de dois qubits

95,2%

SPAM

96,4%

Operação média geométrica

97,2%

Tabela 2 – Fidelidade por operação para o processador Aspen-7, dados obtidos em 24/10/2019.

As fidelidades médias típicas para portas de um qubit, portas de dois qubits e instruções de State Preparation and Measurement (SPAM – Preparação e medição de estado) para o Aspen-7 são mostradas na Tabela 2. Embora testes de referência mais complexos possam ser executados em computadores quânticos universais, uma aproximação de primeira ordem para a performance do chip é a média geométrica de cada tipo de instrução, ou seja, considerando os valores medianos de operações de um qubit, dois qubits e preparação/leitura de registro de um chip. O chip Aspen-7 tem uma fidelidade média de 97,2%. Dentro do circuito integrado, vias de passagem de silício e uma blindagem supercondutora ligada por flip-chip minimizam interferências espúrias de sinal de controle no chip.

Product-Page_Standard-Icons_01_Product-Features_SqInk
Dúvidas?

Veja as perguntas frequentes sobre o Amazon Braket

Saiba mais 
Product-Page_Standard-Icons_02_Sign-Up_SqInk
Cadastre-se para obter uma conta gratuita

Obtenha acesso instantâneo ao nível gratuito da AWS. 

Cadastrar-se 
Product-Page_Standard-Icons_03_Start-Building_SqInk
Cadastre-se para uma demonstração

Cadastre-se já para uma demonstração e comece a usar

Cadastrar-se 
Conteúdo da página
D-Wave IonQ Rigetti