Pariteit Kwantumoptimalisatie: coderingsbeperkingen

Pariteit Kwantumoptimalisatie: coderingsbeperkingen

Tijdstempel: 17 maart 2023 5:56 uur

Maike Drieb-Schön1,2, Kilian Ender1,2, Younes Javanmard1en Wolfgang Lechner1,2

1Parity Quantum Computing GmbH, A-6020 Innsbruck, Oostenrijk
2Instituut voor Theoretische Fysica, Universiteit van Innsbruck, A-6020 Innsbruck, Oostenrijk

Vind je dit artikel interessant of wil je het bespreken? Scite of laat een reactie achter op SciRate.

Abstract

Beperkingen maken harde optimalisatieproblemen nog moeilijker op te lossen op kwantumapparaten, omdat ze worden geïmplementeerd met grote energieboetes en extra qubit-overhead. De pariteitsmapping, die is geïntroduceerd als een alternatief voor de spin-codering, vertaalt het probleem naar een representatie die alleen pariteitsvariabelen gebruikt die codeert voor producten van spin-variabelen. Door uitwisselingsinteractie en enkele spin-flip-termen in de pariteitsrepresentatie te combineren, kunnen beperkingen op sommen en producten van willekeurige $k$-body-termen worden geïmplementeerd zonder extra overhead in tweedimensionale kwantumsystemen.

Pariteitskwantumoptimalisatie: coderingsbeperkingen PlatoBlockchain Data Intelligence. Verticaal zoeken. Ai.

► BibTeX-gegevens

► Referenties

[1] Edward Farhi, Jeffrey Goldstone, Sam Gutmann, et al. "Een kwantum adiabatisch evolutie-algoritme toegepast op willekeurige gevallen van een NP-compleet probleem". Wetenschap 292, 472-475 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1057726

[2] David Allouche, Isabelle André, Sophie Barbe, et al. "Computationeel eiwitontwerp als een optimalisatieprobleem". Kunstmatige intelligentie 212, 59-79 (2014).
https://​/​doi.org/​10.1016/​j.artint.2014.03.005

[3] Simon Gravel en Veit Elser. "Verdeel en stem overeen: een algemene benadering van constrainttevredenheid". Fysiek. Rev. E 78, 036706 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.78.036706

[4] Florian Neukart, Gabriele Compostella, Christian Seidel, et al. "Verkeersstroomoptimalisatie met behulp van een kwantumgloeier" (2017). arXiv:1708.01625.
arXiv: 1708.01625

[5] Eleanor G. Rieffel, Davide Venturelli, Bryan O'Gorman, et al. "Een casestudy bij het programmeren van een kwantumgloeier voor harde operationele planningsproblemen". Kwantuminformatieverwerking 14 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1007 / s11128-014-0892-x

[6] Emmanuel Hebrard, Eoin O'Mahony en Barry O'Sullivan. "Constraint-programmering en combinatorische optimalisatie in Numberjack". In Andrea Lodi, Michela Milano en Paolo Toth, redacteuren, Integratie van AI- en OK-technieken in beperkingsprogrammering voor combinatorische optimalisatieproblemen. Lecture Notes in de informatica. Springer (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-13520-0_22

[7] MW Johnson, MHS Amin, S. Gildert, et al. "Kwantumgloeien met gefabriceerde spins". Natuur 473 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature10012

[8] Pei Cao, Zhaoyan Fan, Robert X. Gao en Jiong Tang. "Configuratie-optimalisatieprobleem oplossen met meerdere harde beperkingen: een verbeterde multi-objectieve gesimuleerde uitgloeibenadering" (2017). arXiv:1706.03141.
arXiv: 1706.03141

[9] Frank Arute, Kunal Arya, Ryan Babbush, et al. "Kwantum suprematie met behulp van een programmeerbare supergeleidende processor". Natuur 574, 505-510 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-019-1666-5

[10] Hannes Bernien, Sylvain Schwartz, Alexander Keesling, et al. "De dynamiek van veel lichamen onderzoeken op een kwantumsimulator met 51 atomen". Natuur 551, 579 EP - (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature24622

[11] Jens Koch, Terri M. Yu, Jay Gambetta, et al. "Ladingsongevoelig qubit-ontwerp afgeleid van de cooper pair box". Fysiek. Rev. A 76, 042319 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.76.042319

[12] M. Saffman, TG Walker en K. Mølmer. "Kwantuminformatie met Rydberg-atomen". Ds. Mod. Fysiek. 82, 2313-2363 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.82.2313

[13] Loïc Henriet, Lucas Beguin, Adrien Signoles, et al. "Quantum computing met neutrale atomen". Kwantum 4 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-09-21-327

[14] Immanuel Bloch, Jean Dalibard en Wilhelm Zwerger. "Veel-lichaamsfysica met ultrakoude gassen". Ds. Mod. Fysiek. 80, 885-964 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.80.885

[15] Zhengbing Bian, Fabian Chudak, Robert Brian Israël, et al. "Problemen met beperkte optimalisatie in kaart brengen voor kwantumgloeien met toepassing op foutdiagnose". Grenzen in ICT 3 (2016).
https://​/​doi.org/​10.3389/​fict.2016.00014

[16] Adam Douglass, Andrew D. King en Jack Raymond. "SAT-filters bouwen met een Quantum Annealer". In Marijn Heule en Sean Weaver, redacteuren, Theory and Applications of Satisfiability Testing – SAT 2015. Lecture Notes in Computer Science Cham (2015). Uitgeverij Springer International.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-24318-4_9

[17] Andreas Lucas. "Ising formuleringen van vele NP problemen". Voorkant. Fysiek. 2, 5 (2014).
https: / / doi.org/ 10.3389 / fphy.2014.00005

[18] Edward Farhi, Jeffrey Goldstone en Sam Gutmann. "Een kwantumbenaderend optimalisatie-algoritme" (2014). arXiv:1411.4028.
arXiv: 1411.4028

[19] Tadashi Kadowaki en Hidetoshi Nishimori. "Kwantumgloeien in het transversale model". Fysiek. Rev. E 58, 5355-5363 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.58.5355

[20] Arnab Das en Bikas K. Chakrabarti. "Colloquium: kwantumgloeien en analoge kwantumberekening". Ds. Mod. Fysiek. 80, 1061-1081 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.80.1061

[21] Philipp Hauke, Helmut G. Katzgraber, Wolfgang Lechner, et al. "Perspectieven van kwantumgloeien: methoden en implementaties". Rapporten over voortgang in de natuurkunde 83, 054401 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1361-6633/​ab85b8

[22] Tomas Vyskocil en Hristo Djidjev. "Gelijkheidsbeperkingen van optimalisatieproblemen inbedden in een kwantumgloeier". Algoritmen 12 (2019).
https: / / doi.org/ 10.3390 / a12040077

[23] Itay Hen en Federico M. Spedalieri. "Kwantumgloeien voor beperkte optimalisatie". Fysiek. Rev. toegepast 5, 034007 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.5.034007

[24] Itay Hen en Marcelo S. Sarandy. "Driver Hamiltonians voor beperkte optimalisatie bij kwantumgloeien". Fysiek. Rev A 93, 062312 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.93.062312

[25] Stuart Hadfield, Zhihui Wang, Bryan O'Gorman, et al. "Van het quantum benaderende optimalisatie-algoritme tot een quantum alternerende operator ansatz". Algoritmen 12 (2019).
https: / / doi.org/ 10.3390 / a12020034

[26] Kazuki Ikeda, Yuma Nakamura en Travis S. Humble. "Toepassing van kwantumgloeien op het probleem van de planning van verpleegkundigen". Wetenschappelijke rapporten 9, 12837 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-019-49172-3

[27] Hirotaka Irie, Goragot Wongpaisarnsin, Masayoshi Terabe, et al. "Kwantumgloeien van voertuigrouteringsprobleem met tijd, toestand en capaciteit". In Sebastian Feld en Claudia Linnhoff-Popien, redacteuren, kwantumtechnologie en optimalisatieproblemen. Pagina's 145-156. Lecture Notes in Computer Science Cham (2019). Uitgeverij Springer International.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-14082-3_13

[28] Tobias Stollenwerk, Bryan O'Gorman, Davide Venturelli, et al. "Kwantumgloeien toegepast op het de-conflicteren van optimale trajecten voor luchtverkeersbeheer". IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems 21, 285–297 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1109/​TITS.2019.2891235

[29] Itay Hen en AP Young. "Exponentiële complexiteit van het kwantumadiabatische algoritme voor bepaalde vervulbaarheidsproblemen". Fysiek. Rev. E 84, 061152 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.84.061152

[30] Hok K. Ng, Banavar Sridhar en Shon Grabbe. "Vliegtuigtrajecten optimaliseren met meerdere kruishoogten in de aanwezigheid van wind". Journal of Aerospace-informatiesystemen 11 (2014).
https://​/​doi.org/​10.2514/​1.I010084

[31] Eleanor Rieffel, Davide Venturelli, Minh Do, et al. "Geparametriseerde families van harde planningsproblemen door faseovergangen". Proceedings van de AAAI-conferentie over kunstmatige intelligentie 28 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1609 / aaai.v28i1.9044

[32] Davide Venturelli, Dominic JJ Marchand en Galo Rojo. "Quantum Annealing Implementatie van Job-Shop Scheduling" (2016). arXiv:1506.08479.
arXiv: 1506.08479

[33] Gili Rosenberg, Poya Haghnegahdar, Phil Goddard, et al. "Het probleem met het optimale handelstraject oplossen met behulp van een kwantumgloeier". 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 en Eleanor G. Rieffel. "$ XY $ mixers: analytische en numerieke resultaten voor de quantum alternerende operator ansatz". Fysiek. Rev. A 101, 012320 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.012320

[35] Jeremy Cook, Stephan Eidenbenz en Andreas Bärtschi. "De quantum alternerende operator ansatz op maximale k-vertex-dekking". In 2020 IEEE International Conference on Quantum Computing and Engineering (QCE). Pagina's 83-92. (2020).
https: / / doi.org/ 10.1109 / QCE49297.2020.00021

[36] Wolfgang Lechner, Philipp Hauke ​​en Peter Zoller. "Een kwantumgloeiarchitectuur met alles-op-alle connectiviteit van lokale interacties". Wetenschap. Adv. 1, 1500838 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.1500838

[37] Kilian Ender, Roeland ter Hoeven, Benjamin E. Niehoff, et al. "Pariteitskwantumoptimalisatie: compiler" (2021). arXiv:2105.06233.
arXiv: 2105.06233

[38] Michael Fellner, Kilian Ender, Roeland ter Hoeven en Wolfgang Lechner. "Pariteitskwantumoptimalisatie: benchmarks" (2021). arXiv:2105.06240.
arXiv: 2105.06240

[39] Vicky Choi. "Kleine inbedding in adiabatische kwantumberekening: I. Het parameterinstellingsprobleem". Kwantuminformatieverwerking 7, 193-209 (2008).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s11128-008-0082-9

[40] Walter Vinci, Tameem Albash, Gerardo Paz-Silva, et al. "Kwantumgloeicorrectie met kleine inbedding". Fysiek. Rev A 92, 042310 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.042310

[41] Yu Yamashiro, Masaki Ohkuwa, Hidetoshi Nishimori en Daniel A. Lidar. "Dynamiek van omgekeerd uitgloeien voor het volledig verbonden $p$-spin-model". Fysiek. Rev. A 100, 052321 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.052321

[42] Tameem Albash en Daniel A. Lidar. "Adiabatische kwantumberekening". Ds. Mod. Fysiek. 90, 015002 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.90.015002

[43] Rolando D. Somma, Daniel Nagaj en Mária Kieferová. "Kwantumversnelling door kwantumgloeien". Fysiek. Eerwaarde Lett. 109, 050501 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.109.050501

[44] Elizabeth Crosson, Edward Farhi, Cedric Yen-Yu Lin, et al. "Verschillende strategieën voor optimalisatie met behulp van het kwantumadiabatische algoritme" (2014). arXiv:1401.7320.
arXiv: 1401.7320

[45] Layla Hormozi, Ethan W. Brown, Giuseppe Carleo en Matthias Troyer. "Nonstoquastische Hamiltonianen en kwantumgloeien van een draaiend spinglas". Fysiek. Rev. B 95, 184416 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.95.184416

[46] Andreas Hartmann en Wolfgang Lechner. "Snelle contra-diabatische sweeps in adiabatische kwantumcomputing met roostermeter". Nieuwe J. Phys. 21, 043025 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ab14a0

[47] MHS Amin. "Consistentie van de adiabatische stelling". Fysiek. Eerwaarde Lett. 102, 220401 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.220401

[48] Lukas M. Sieberer en Wolfgang Lechner. "Programmeerbare superposities van ising configuraties". Fysiek. Rev. A 97, 052329 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.052329

[49] Andreas Bärtschi en Stephan Eidenbenz. "Deterministische voorbereiding van Dicke-toestanden". In de grondbeginselen van de rekentheorie. Pagina's 126–139. Springer internationale uitgeverij (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-25027-0_9

[50] Wolfgang Lechner. "Quantum benaderende optimalisatie met parallelliseerbare poorten". IEEE-transacties op Quantum Engineering 1, 1–6 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TQE.2020.3034798

[51] SE Anderson, KC Younge en G. Raithel. "Rydberg-atomen vangen in een optisch rooster". Fysiek. Eerwaarde Lett. 107, 263001 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.263001

[52] S. Ebadi, A. Keesling, M. Cain, et al. "Kwantumoptimalisatie van maximale onafhankelijke set met behulp van rydberg-atoomarrays". Wetenschap 376, 1209-1215 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1126/​science.abo6587

[53] TM Graham, Y. Song, J. Scott, et al. "Multi-qubit-verstrengeling en algoritmen op een kwantumcomputer met neutrale atomen". Natuur 604, 457-462 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-04603-6

[54] Dolev Bluvstein, Harry Levine, Giulia Semeghini, et al. "Een kwantumprocessor gebaseerd op coherent transport van verstrengelde atomaire arrays". Natuur 604, 451-456 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-04592-6

[55] Clemens Dlaska, Kilian Ender, Glen Bigan Mbeng, et al. "Kwantumoptimalisatie via Rydberg-poorten met vier lichamen". Fysiek. Eerwaarde Lett. 128, 120503 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.120503

[56] Joseph W. Britton, Brian C. Sawyer, Adam C. Keith, et al. "Geconstrueerde tweedimensionale Ising-interacties in een kwantumsimulator met ingesloten ionen met honderden spins". Natuur 484 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature10981

[57] JI Cirac en P. Zoller. "Een schaalbare kwantumcomputer met ionen in een reeks microvallen". Natuur 404, 579-581 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1038 / 35007021

[58] Muir Kumph, Michael Brownnutt en Rainer Blatt. "Tweedimensionale arrays van radiofrequente ionenvallen met adresseerbare interacties". Nieuw Journal of Physics 13, 073043 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​13/​7/​073043

[59] Manuel Mielenz, Henning Kalis, Matthias Wittemer, et al. "Arrays van individueel bestuurde ionen geschikt voor tweedimensionale kwantumsimulaties". Natuurcommunicatie 7, ncomms11839 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms11839

[60] B Foxen, JY Mutus, E Lucero, et al. "Qubit-compatibele supergeleidende verbindingen". Kwantumwetenschap en -technologie 3, 014005 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​aa94fc

[61] Ming Gong, Shiyu Wang, Chen Zha, et al. "Quantum loopt op een programmeerbare tweedimensionale 62-qubit supergeleidende processor". Wetenschap 372, 948-952 (2021).
https:/​/​doi.org/10.1126/​science.abg7812

[62] Tim Menke, William P. Banner, Thomas R. Bergamaschi, et al. "Demonstratie van afstembare interacties met drie lichamen tussen supergeleidende qubits". Fysiek. Eerwaarde Lett. 129, 220501 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.129.220501

[63] Nico W. Hendrickx, William IL Lawrie, Maximilian Russ, et al. "Een vier-qubit germanium kwantumprocessor". Natuur 591, 580-585 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-021-03332-6

[64] LMK Vandersypen, H. Bluhm, JS Clarke, et al. "Interfacing spinqubits in kwantumdots en donoren - heet, compact en coherent". npj Quantuminformatie 3, 34 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-017-0038-y

[65] M. Veldhorst, HGJ Eenink, CH Yang en AS Dzurak. "Silicon CMOS-architectuur voor een op spin gebaseerde kwantumcomputer". Natuurcommunicatie 8, 1766 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-017-01905-6

[66] Ruoyu Li, Luca Petit, David P. Franke, et al. "Een crossbar-netwerk voor silicium quantum dot qubits". Wetenschap Vooruitgang 4, oor3960 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1126/​sciadv.abg9158

[67] JR Johansson, PD Nation en Franco Nori. "Qutip 2: een python-framework voor de dynamiek van open kwantumsystemen". Computerfysica Communicatie 184, 1234-1240 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.cpc.2012.11.019

[68] Tameem Albash, Walter Vinci en Daniel A. Lidar. "Vergelijking van gesimuleerde kwantumgloeiing tussen alles-op-alle connectiviteitsschema's". Fysiek. Rev A 94, 022327 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.022327

[69] Fernando Pastawski en John Preskill. "Foutcorrectie voor gecodeerde kwantumgloeiing". Fysiek. Rev A 93, 052325 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.93.052325

[70] Anita Weidinger, Glen Bigan Mbeng en Wolfgang Lechner. "Foutbeperking voor kwantumoptimalisatie bij benadering" (2023). arXiv:2301.05042.
arXiv: 2301.05042

[71] Sergey Bravyi, David P. DiVincenzo en Daniel Loss. "Schrieffer-wolff-transformatie voor kwantumsystemen met veel lichamen". Annals of Physics 326, 2793-2826 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.aop.2011.06.004

Geciteerd door

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

[2] Sheir Yarkoni, Elena Raponi, Thomas Bäck en Sebastian Schmitt, "Kwantumgloeien voor industriële toepassingen: introductie en recensie", Rapporten over vooruitgang in natuurkunde 85 10, 104001 (2022).

[3] Kilian Ender, Roeland ter Hoeven, Benjamin E. Niehoff, Maike Drieb-Schön en Wolfgang Lechner, "Parity Quantum Optimization: Compiler", arXiv: 2105.06233, (2021).

[4] PV Sriluckshmy, Vicente Pina-Canelles, Mario Ponce, Manuel G. Algaba, Fedor Šimkovic en Martin Leib, "Optimale, hardwarematige decompositie van geparametriseerde multi-qubit Pauli-poorten", arXiv: 2303.04498, (2023).

[5] Michael Fellner, Kilian Ender, Roeland ter Hoeven en Wolfgang Lechner, “Parity Quantum Optimization: Benchmarks”, arXiv: 2105.06240, (2021).

[6] Narendra N. Hegade, Koushik Paul, F. Albarrán-Arriagada, Xi Chen en Enrique Solano, "Gedigitaliseerde adiabatische kwantumfactorisatie", Fysieke beoordeling A 104 5, L050403 (2021).

[7] Federico Dominguez, Josua Unger, Matthias Traube, Barry Mant, Christian Ertler en Wolfgang Lechner, "Encoding-Independent Optimization Problem Formulation for Quantum Computing", arXiv: 2302.03711, (2023).

[8] R. Cumming en T. Thomas, “Een kwantumcomputer gebruiken om een ​​reëel probleem op te lossen – wat kan er vandaag de dag worden bereikt?”, arXiv: 2211.13080, (2022).

Bovenstaande citaten zijn afkomstig van SAO / NASA ADS (laatst bijgewerkt met succes 2023-03-18 10:03:05). De lijst is mogelijk onvolledig omdat niet alle uitgevers geschikte en volledige citatiegegevens verstrekken.

On De door Crossref geciteerde service er zijn geen gegevens gevonden over het citeren van werken (laatste poging 2023-03-18 10:03:04).

Dit artikel is gepubliceerd in Quantum onder de Creative Commons Naamsvermelding 4.0 Internationaal (CC BY 4.0) licentie. Het auteursrecht blijft berusten bij de oorspronkelijke houders van auteursrechten, zoals de auteurs of hun instellingen.

Tijdstempel:

Meer van Quantum Journaal