Optimasi Kuantum Paritas: Pengkodean Kendala

Optimasi Kuantum Paritas: Pengkodean Kendala

Stempel Waktu: 17 Maret 2023 5

Maike Drieb-Schön1,2, Kilian Ender1,2, Younes Javanmard1, dan Wolfgang Lechner1,2

1Parity Quantum Computing GmbH, A-6020 Innsbruck, Austria
2Institut Fisika Teoretis, Universitas Innsbruck, A-6020 Innsbruck, Austria

Apakah makalah ini menarik atau ingin dibahas? Scite atau tinggalkan komentar di SciRate.

Abstrak

Kendala membuat masalah pengoptimalan yang sulit menjadi lebih sulit untuk dipecahkan pada perangkat kuantum karena diterapkan dengan penalti energi yang besar dan overhead qubit tambahan. Pemetaan paritas, yang telah diperkenalkan sebagai alternatif pengkodean spin, menerjemahkan masalah ke representasi hanya menggunakan variabel paritas yang mengkodekan produk dari variabel spin. Dalam menggabungkan interaksi pertukaran dan suku spin flip tunggal dalam representasi paritas, batasan pada penjumlahan dan produk dari suku $k$-tubuh arbitrer dapat diimplementasikan tanpa biaya tambahan dalam sistem kuantum dua dimensi.

Optimasi Kuantum Paritas: Batasan Pengkodean Kecerdasan Data PlatoBlockchain. Pencarian Vertikal. Ai.

► data BibTeX

► Referensi

[1] Edward Farhi, Jeffrey Goldstone, Sam Gutmann, dkk. "Algoritma Evolusi Adiabatik Kuantum yang Diterapkan pada Contoh Acak dari Masalah NP-Lengkap". Sains 292, 472–475 (2001).
https://​/​doi.org/​10.1126/​science.1057726

[2] David Allouche, Isabelle Andre, Sophie Barbe, dkk. "Desain protein komputasi sebagai masalah optimisasi". Kecerdasan Buatan 212, 59–79 (2014).
https://​/​doi.org/​10.1016/​j.artint.2014.03.005

[3] Simon Gravel dan Veit Elser. "Bagi dan setujui: Pendekatan umum untuk kepuasan kendala". Fisika. Rev.E 78, 036706 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.78.036706

[4] Florian Neukart, Gabriele Compostella, Christian Seidel, dkk. “Optimalisasi arus lalu lintas menggunakan annealer kuantum” (2017). arXiv:1708.01625.
arXiv: 1708.01625

[5] Eleanor G. Rieffel, Davide Venturelli, Bryan O'Gorman, dkk. "Studi kasus dalam memprogram annealer kuantum untuk masalah perencanaan operasional yang sulit". Pemrosesan Informasi Kuantum 14 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1007 / s11128-014-0892-x

[6] Emmanuel Hebrard, Eoin O'Mahony, dan Barry O'Sullivan. "Pemrograman Kendala dan Optimasi Kombinatorial di Numberjack". Dalam Andrea Lodi, Michela Milano, dan Paolo Toth, editor, Integrasi AI dan Teknik OR dalam Pemrograman Kendala untuk Masalah Optimasi Kombinatorial. Catatan Kuliah Ilmu Komputer. Springer (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-13520-0_22

[7] MW Johnson, MHS Amin, S. Gildert, dkk. "Anil kuantum dengan putaran buatan". Alam 473 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature10012

[8] Pei Cao, Fan Zhaoyan, Robert X. Gao, dan Jiong Tang. “Menyelesaikan Masalah Optimasi Konfigurasi dengan Berbagai Kendala Keras: Pendekatan Annealing Simulasi Multi-Tujuan yang Disempurnakan” (2017). arXiv:1706.03141.
arXiv: 1706.03141

[9] Frank Arute, Kunal Arya, Ryan Babbush, dkk. "Supremasi kuantum menggunakan prosesor superkonduktor yang dapat diprogram". Alam 574, 505–510 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-019-1666-5

[10] Hannes Bernien, Sylvain Schwartz, Alexander Keesling, dkk. "Menyelidiki dinamika banyak benda pada simulator kuantum 51 atom". Alam 551, 579 EP – (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature24622

[11] Jens Koch, Terri M. Yu, Jay Gambetta, dkk. "Desain qubit yang tidak sensitif terhadap muatan berasal dari kotak cooper pair". Fisika. Pdt. A 76, 042319 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.76.042319

[12] M. Saffman, TG Walker, dan K. Mølmer. "Informasi kuantum dengan atom rydberg". Pendeta Mod. Fisika. 82, 2313–2363 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.82.2313

[13] Loïc Henriet, Lucas Beguin, Adrien Signoles, dkk. "Komputasi kuantum dengan atom netral". Kuantum 4 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-09-21-327

[14] Immanuel Bloch, Jean Dalibard, dan Wilhelm Zwerger. "Fisika banyak benda dengan gas ultracold". Pendeta Mod. Fisika. 80, 885–964 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.80.885

[15] Zhengbing Bian, Fabian Chudak, Robert Brian Israel, dkk. "Memetakan Masalah Optimasi Terkendali ke Quantum Annealing dengan Aplikasi untuk Diagnosis Kesalahan". Perbatasan dalam TIK 3 (2016).
https://​/​doi.org/​10.3389/​fict.2016.00014

[16] Adam Douglass, Andrew D. King, dan Jack Raymond. "Membangun Filter SAT dengan Quantum Annealer". Dalam Marijn Heule dan Sean Weaver, editor, Theory and Applications of Satisfiability Testing – SAT 2015. Lecture Notes in Computer Science Cham (2015). Penerbitan Internasional Springer.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-24318-4_9

[17] andre lucas. "Ising formulasi banyak masalah NP". Depan. Fisika. 2, 5 (2014).
https: / / doi.org/ 10.3389 / fphy.2014.00005

[18] Edward Farhi, Jeffrey Goldstone, dan Sam Gutmann. “Algoritma optimasi perkiraan kuantum” (2014). arXiv:1411.4028.
arXiv: 1411.4028

[19] Tadashi Kadowaki dan Hidetoshi Nishimori. "Anil kuantum dalam model ising melintang". Fisika. Pdt. E 58, 5355–5363 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.58.5355

[20] Arnab Das dan Bikas K. Chakrabarti. "Kolokium: Anil kuantum dan komputasi kuantum analog". Pendeta Mod. Fisika. 80, 1061–1081 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.80.1061

[21] Philipp Hauke, Helmut G. Katzgraber, Wolfgang Lechner, dkk. "Perspektif anil kuantum: metode dan implementasi". Laporan Kemajuan Fisika 83, 054401 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1361-6633/​ab85b8

[22] Tomas Vyskocil dan Hristo Djidjev. "Menanamkan batasan kesetaraan dari masalah optimisasi ke dalam annealer kuantum". Algoritma 12 (2019).
https: / / doi.org/ 10.3390 / a12040077

[23] Itay Hen dan Federico M. Spedalieri. "Anil kuantum untuk pengoptimalan terbatas". Fisika. Pdt. Terapan 5, 034007 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.5.034007

[24] Itay Hen dan Marcelo S. Sarandy. "Driver hamiltonians untuk pengoptimalan terbatas dalam anil kuantum". Fisika. Pdt A 93, 062312 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.93.062312

[25] Stuart Hadfield, Zhihui Wang, Bryan O'Gorman, dkk. "Dari algoritme pengoptimalan perkiraan kuantum ke ansatz operator bolak-balik kuantum". Algoritma 12 (2019).
https: / / doi.org/ 10.3390 / a12020034

[26] Kazuki Ikeda, Yuma Nakamura, and Travis S. Humble. “Penerapan Quantum Annealing pada Masalah Penjadwalan Perawat”. Laporan Ilmiah 9, 12837 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-019-49172-3

[27] Hirotaka Irie, Goragot Wongpaisarnsin, Masayoshi Terabe, dkk. "Quantum Annealing of Vehicle Routing Problem with Time, State and Capacity". Dalam Sebastian Feld dan Claudia Linnhoff-Popien, editor, Quantum Technology and Optimization Problems. Halaman 145–156. Catatan Kuliah Cham Ilmu Komputer (2019). Penerbitan Internasional Springer.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-14082-3_13

[28] Tobias Stollenwerk, Bryan O'Gorman, Davide Venturelli, dkk. "Quantum Annealing Diterapkan pada Lintasan Optimal De-Konflik untuk Manajemen Lalu Lintas Udara". Transaksi IEEE pada Sistem Transportasi Cerdas 21, 285–297 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1109/​TITS.2019.2891235

[29] Itay Hen dan AP Young. "Kompleksitas eksponensial dari algoritma adiabatik kuantum untuk masalah kepuasan tertentu". Fisika. Rev.E 84, 061152 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.84.061152

[30] Hok K. Ng, Banavar Sridhar, and Shon Grabbe. “Mengoptimalkan Lintasan Pesawat dengan Beberapa Ketinggian Jelajah di Kehadiran Angin”. Jurnal Sistem Informasi Dirgantara 11 (2014).
https://​/​doi.org/​10.2514/​1.I010084

[31] Eleanor Rieffel, Davide Venturelli, Minh Do, dkk. "Parametrized Keluarga Masalah Perencanaan Keras dari Fase Transisi". Prosiding Konferensi AAAI tentang Kecerdasan Buatan 28 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1609 / aaai.v28i1.9044

[32] Davide Venturelli, Dominic JJ Marchand, dan Galo Rojo. “Implementasi Quantum Annealing dari Penjadwalan Job-Shop” (2016). arXiv:1506.08479.
arXiv: 1506.08479

[33] Gili Rosenberg, Poya Haghnegahdar, Phil Goddard, dkk. “Menyelesaikan Masalah Trajektori Trading Optimal Menggunakan Quantum Annealer”. IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing 10 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1109 / JSTSP.2016.2574703

[34] Zhihui Wang, Nicholas C. Rubin, Jason M. Dominy, dan Eleanor G. Rieffel. "Mixer $XY$: Hasil analitik dan numerik untuk ansatz operator bolak-balik kuantum". Fisika. Pdt A 101, 012320 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.012320

[35] Jeremy Cook, Stephan Eidenbenz, and Andreas Bärtschi. "Ansatz operator bolak-balik kuantum pada penutup k-vertex maksimum". Pada tahun 2020 IEEE International Conference on Quantum Computing and Engineering (QCE). Halaman 83–92. (2020).
https: / / doi.org/ 10.1109 / QCE49297.2020.00021

[36] Wolfgang Lechner, Philipp Hauke, dan Peter Zoller. "Arsitektur anil kuantum dengan konektivitas semua-ke-semua dari interaksi lokal". Sains. Lanjut 1, 1500838 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.1500838

[37] Kilian Ender, Roeland ter Hoeven, Benjamin E. Niehoff, dkk. “Optimasi kuantum paritas: Kompiler” (2021). arXiv:2105.06233.
arXiv: 2105.06233

[38] Michael Fellner, Kilian Ender, Roeland ter Hoeven, and Wolfgang Lechner. “Optimasi kuantum paritas: Tolok Ukur” (2021). arXiv:2105.06240.
arXiv: 2105.06240

[39] Vicky Choi. "Penanaman kecil dalam perhitungan kuantum adiabatik: I. Masalah pengaturan parameter". Pemrosesan Informasi Kuantum 7, 193–209 (2008).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s11128-008-0082-9

[40] Walter Vinci, Tameem Albash, Gerardo Paz-Silva, dkk. "Koreksi anil kuantum dengan penyematan kecil". Fisika. Pdt. A 92, 042310 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.042310

[41] Yu Yamashiro, Masaki Ohkuwa, Hidetoshi Nishimori, and Daniel A. Lidar. "Dinamika anil terbalik untuk model $p$-spin yang terhubung sepenuhnya". Fisika. Rev A 100, 052321 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.052321

[42] Tameem Albash dan Daniel A. Lidar. "Komputasi kuantum adiabatik". Pendeta Mod. Fisika. 90, 015002 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.90.015002

[43] Rolando D. Somma, Daniel Nagaj, and Mária Kieferová. "Percepatan kuantum dengan anil kuantum". Fisika. Pendeta Lett. 109, 050501 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.109.050501

[44] Elizabeth Crosson, Edward Farhi, Cedric Yen-Yu Lin, dkk. “Strategi berbeda untuk pengoptimalan menggunakan algoritma adiabatik kuantum” (2014). arXiv:1401.7320.
arXiv: 1401.7320

[45] Layla Hormozi, Ethan W. Brown, Giuseppe Carleo, dan Matthias Troyer. "Hamiltonian nonstoquastik dan anil kuantum dari kaca spin ising". Fisika. Rev.B 95, 184416 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevB.95.184416

[46] Andreas Hartmann dan Wolfgang Lechner. "Penyapuan kontra-diabatik yang cepat dalam komputasi kuantum adiabatik pengukur kisi". J. Phys baru. 21, 043025 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ab14a0

[47] MHS Amin. "Konsistensi teorema adiabatik". Fisika. Pendeta Lett. 102, 220401 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.220401

[48] Lukas M. Sieberer dan Wolfgang Lechner. "Superposisi terprogram dari konfigurasi ising". Fisika. Rev A 97, 052329 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.052329

[49] Andreas Bärtschi dan Stephan Eidenbenz. "Persiapan deterministik negara-negara dicke". Dalam Dasar-dasar Teori Komputasi. Halaman 126–139. Penerbitan Internasional Springer (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-25027-0_9

[50] Wolfgang Lechner. "Optimasi perkiraan kuantum dengan gerbang yang dapat diparalelkan". Transaksi IEEE pada Quantum Engineering 1, 1–6 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TQE.2020.3034798

[51] SE Anderson, KC Younge, dan G. Raithel. "Menjebak atom rydberg dalam kisi optik". Fisika. Pendeta Lett. 107, 263001 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.263001

[52] S. Ebadi, A. Keesling, M. Cain, dkk. "Optimalisasi kuantum dari himpunan independen maksimum menggunakan larik atom rydberg". Sains 376, 1209–1215 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1126/​science.abo6587

[53] TM Graham, Y. Song, J. Scott, dkk. "Keterikatan multi-qubit dan algoritme pada komputer kuantum atom netral". Alam 604, 457–462 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-04603-6

[54] Dolev Bluvstein, Harry Levine, Giulia Semeghini, dkk. "Prosesor kuantum berdasarkan transportasi yang koheren dari susunan atom yang terjerat". Alam 604, 451–456 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-04592-6

[55] Clemens Dlaska, Kilian Ender, Glen Bigan Mbeng, dkk. "Optimalisasi kuantum melalui gerbang rydberg empat bodi". Fisika. Pendeta Lett. 128, 120503 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.120503

[56] Joseph W. Britton, Brian C. Sawyer, Adam C. Keith, dkk. “Interaksi Ising dua dimensi yang direkayasa dalam simulator kuantum ion-terperangkap dengan ratusan putaran”. Alam 484 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature10981

[57] JI Cirac dan P. Zoller. "Komputer kuantum yang dapat diskalakan dengan ion dalam susunan perangkap mikro". Alam 404, 579–581 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1038 / 35007021

[58] Muir Kumph, Michael Brownnutt, dan Rainer Blatt. "Array dua dimensi dari perangkap ion frekuensi radio dengan interaksi yang dapat dialamatkan". Jurnal Baru Fisika 13, 073043 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​13/​7/​073043

[59] Manuel Mielenz, Henning Kalis, Matthias Wittemer, dkk. "Array ion yang dikontrol secara individual cocok untuk simulasi kuantum dua dimensi". Komunikasi Alam 7, ncomms11839 (2016).
https://​/​doi.org/​10.1038/​ncomms11839

[60] B Foxen, JY Mutus, E Lucero, dkk. "Interkoneksi superkonduktor yang kompatibel dengan Qubit". Sains dan Teknologi Kuantum 3, 014005 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​aa94fc

[61] Ming Gong, Shiyu Wang, Chen Zha, dkk. "Quantum berjalan pada prosesor superkonduktor 62-qubit dua dimensi yang dapat diprogram". Sains 372, 948–952 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1126/​science.abg7812

[62] Tim Menke, William P. Banner, Thomas R. Bergamaschi, dkk. "Demonstrasi interaksi tiga tubuh yang dapat diatur antara qubit superkonduktor". Fisika. Pendeta Lett. 129, 220501 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.129.220501

[63] Nico W. Hendrickx, William IL Lawrie, Maximilian Russ, dkk. "Prosesor kuantum germanium empat qubit". Alam 591, 580–585 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-021-03332-6

[64] LMK Vandersypen, H. Bluhm, JS Clarke, dkk. “Menghubungkan spin qubit dalam titik-titik kuantum dan donor—panas, padat, dan koheren”. npj Quantum Information 3, 34 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-017-0038-y

[65] M. Veldhorst, HGJ Eenink, CH Yang, and AS Dzurak. "Arsitektur CMOS silikon untuk komputer kuantum berbasis spin". Komunikasi Alam 8, 1766 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-017-01905-6

[66] Ruoyu Li, Luca Petit, David P. Franke, dkk. "Jaringan palang untuk silikon quantum dot qubit". Kemajuan Sains 4, eaar3960 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1126/​sciadv.abg9158

[67] JR Johansson, PD Bangsa, dan Franco Nori. "Qutip 2: Kerangka python untuk dinamika sistem kuantum terbuka". Komunikasi Fisika Komputer 184, 1234–1240 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.cpc.2012.11.019

[68] Tameem Albash, Walter Vinci, dan Daniel A. Lidar. "Perbandingan simulasi-kuantum-anil antara skema konektivitas semua-ke-semua". Fisika. Pdt. A 94, 022327 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.022327

[69] Fernando Pastawski dan John Preskill. "Koreksi kesalahan untuk anil kuantum yang disandikan". Fisika. Pdt. A 93, 052325 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.93.052325

[70] Anita Weidinger, Glen Bigan Mbeng, and Wolfgang Lechner. “Mitigasi kesalahan untuk pengoptimalan perkiraan kuantum” (2023). arXiv:2301.05042.
arXiv: 2301.05042

[71] Sergey Bravyi, David P. DiVincenzo, dan Daniel Loss. "Transformasi Schrieffer-wolff untuk sistem banyak-tubuh kuantum". Sejarah Fisika 326, 2793–2826 (2011).
https://​/​doi.org/​10.1016/​j.aop.2011.06.004

Dikutip oleh

[1] Dylan Herman, Cody Googin, Xiaoyuan Liu, Alexey Galda, Ilya Safro, Yue Sun, Marco Pistoia, dan Yuri Alexeev, “A Survey of Quantum Computing for Finance”, arXiv: 2201.02773, (2022).

[2] Sheir Yarkoni, Elena Raponi, Thomas Bäck, dan Sebastian Schmitt, “Anil kuantum untuk aplikasi industri: pengenalan dan peninjauan”, Laporan Kemajuan dalam Fisika 85 10, 104001 (2022).

[3] Kilian Ender, Roeland ter Hoeven, Benjamin E. Niehoff, Maike Drieb-Schön, dan Wolfgang Lechner, “Optimasi Kuantum Paritas: Penyusun”, arXiv: 2105.06233, (2021).

[4] PV Sriluckshmy, Vicente Pina-Canelles, Mario Ponce, Manuel G. Algaba, Fedor Šimkovic, dan Martin Leib, “Optimal, dekomposisi asli perangkat keras dari gerbang Pauli multi-qubit berparameter”, arXiv: 2303.04498, (2023).

[5] Michael Fellner, Kilian Ender, Roeland ter Hoeven, dan Wolfgang Lechner, “Optimasi Kuantum Paritas: Tolok Ukur”, arXiv: 2105.06240, (2021).

[6] Narendra N. Hegade, Koushik Paul, F. Albarrán-Ariagada, Xi Chen, dan Enrique Solano, “Faktorisasi kuantum adiabatik digital”, Tinjauan Fisik A 104 5, L050403 (2021).

[7] Federico Dominguez, Josua Unger, Matthias Traube, Barry Mant, Christian Ertler, dan Wolfgang Lechner, “Formula Masalah Optimasi Pengkodean-Independen untuk Komputasi Kuantum”, arXiv: 2302.03711, (2023).

[8] R. Cumming dan T. Thomas, “Menggunakan komputer kuantum untuk memecahkan masalah dunia nyata — apa yang dapat dicapai hari ini?”, arXiv: 2211.13080, (2022).

Kutipan di atas berasal dari SAO / NASA ADS (terakhir berhasil diperbarui, 2023-03-18 10:03:05). Daftar ini mungkin tidak lengkap karena tidak semua penerbit menyediakan data kutipan yang cocok dan lengkap.

On Layanan dikutip-oleh Crossref tidak ada data tentang karya mengutip ditemukan (upaya terakhir 2023-03-18 10:03:04).

Makalah ini diterbitkan dalam Quantum di bawah Creative Commons Attribution 4.0 Internasional (CC BY 4.0) lisensi. Hak cipta tetap berada pada pemegang hak cipta asli seperti penulis atau lembaganya.

Stempel Waktu:

Lebih dari Jurnal Kuantum