Optymalizacja kwantowa parzystości: ograniczenia kodowania

Optymalizacja kwantowa parzystości: ograniczenia kodowania

Znacznik czasu: 17 marca 2023 5:56

Maike Drieb-Schön1,2, Kiliana Endera1,2, Younes Javanmard1i Wolfgang Lechner1,2

1Parity Quantum Computing GmbH, A-6020 Innsbruck, Austria
2Instytut Fizyki Teoretycznej, Uniwersytet w Innsbrucku, A-6020 Innsbruck, Austria

Czy ten artykuł jest interesujący czy chcesz dyskutować? Napisz lub zostaw komentarz do SciRate.

Abstrakcyjny

Ograniczenia sprawiają, że trudne problemy optymalizacyjne są jeszcze trudniejsze do rozwiązania na urządzeniach kwantowych, ponieważ są one implementowane z dużymi karami energetycznymi i dodatkowym obciążeniem kubitowym. Mapowanie parzystości, które zostało wprowadzone jako alternatywa dla kodowania spinowego, przekłada problem na reprezentację wykorzystującą tylko zmienne parzystości, które kodują iloczyny zmiennych spinowych. Łącząc interakcję wymienną i warunki pojedynczego odwrócenia spinu w reprezentacji parzystości, można zaimplementować ograniczenia dotyczące sum i iloczynów dowolnych terminów $k$-body bez dodatkowego narzutu w dwuwymiarowych systemach kwantowych.

Optymalizacja kwantowa parzystości: ograniczenia kodowania Inteligencja danych PlatoBlockchain. Wyszukiwanie pionowe. AI.

► Dane BibTeX

► Referencje

[1] Edward Farhi, Jeffrey Goldstone, Sam Gutmann i in. „Algorytm ewolucji adiabatycznej kwantowej zastosowany do losowych przypadków problemu NP-zupełnego”. Nauka 292, 472–475 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1057726

[2] David Allouche, Isabelle Andre, Sophie Barbe i in. „Obliczeniowy projekt białek jako problem optymalizacji”. Sztuczna inteligencja 212, 59–79 (2014).
https://​/​doi.org/​10.1016/​j.artint.2014.03.005

[3] Simona Gravela i Veita Elsera. „Dziel i zgódź się: ogólne podejście do spełniania ograniczeń”. fizyka Wersja E 78, 036706 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.78.036706

[4] Florian Neukart, Gabriele Compostella, Christian Seidel i in. „Optymalizacja przepływu ruchu za pomocą wyżarzania kwantowego” (2017). arXiv:1708.01625.
arXiv: 1708.01625

[5] Eleanor G. Rieffel, Davide Venturelli, Bryan O'Gorman i in. „Studium przypadku w programowaniu wyżarzacza kwantowego dla trudnych problemów planowania operacyjnego”. Kwantowe przetwarzanie informacji 14 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1007 / s11128-014-0892-x

[6] Emmanuel Hebrard, Eoin O'Mahony i Barry O'Sullivan. „Programowanie z ograniczeniami i optymalizacja kombinatoryczna w Numberjack”. W Andrea Lodi, Michela Milano i Paolo Toth, redaktorzy, Integracja technik AI i OR w programowaniu z ograniczeniami dla problemów optymalizacji kombinatorycznej. Notatki z wykładów z informatyki. Springera (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-13520-0_22

[7] MW Johnson, MHS Amin, S. Gildert i in. „Wyżarzanie kwantowe z wytworzonymi spinami”. Przyroda 473 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature10012

[8] Pei Cao, Zhaoyan Fan, Robert X. Gao i Jiong Tang. „Rozwiązywanie problemu optymalizacji konfiguracji z wieloma twardymi ograniczeniami: ulepszone podejście do symulowanego wyżarzania z wieloma celami” (2017). arXiv:1706.03141.
arXiv: 1706.03141

[9] Frank Arute, Kunal Arya, Ryan Babbush i in. „Supremacja kwantowa za pomocą programowalnego procesora nadprzewodzącego”. Natura 574, 505–510 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-019-1666-5

[10] Hannes Bernien, Sylvain Schwartz, Alexander Keesling i in. „Badanie dynamiki wielu ciał na 51-atomowym symulatorze kwantowym”. Natura 551, 579 EP – (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature24622

[11] Jens Koch, Terri M. Yu, Jay Gambetta i in. „Niewrażliwy na ładunek projekt kubitu wywodzący się z miedzianego pudełka z parami”. fizyka Wersja A 76, 042319 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.76.042319

[12] M. Saffman, TG Walker i K. Mølmer. „Informacja kwantowa z atomami Rydberga”. Wielebny Mod. fizyka 82, 2313–2363 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.82.2313

[13] Loïc Henriet, Lucas Beguin, Adrien Signoles i in. „Obliczenia kwantowe z neutralnymi atomami”. Kwant 4 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-09-21-327

[14] Immanuela Blocha, Jeana Dalibarda i Wilhelma Zwergera. „Fizyka wielu ciał z ultrazimnymi gazami”. Wielebny Mod. fizyka 80, 885–964 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.80.885

[15] Zhengbing Bian, Fabian Chudak, Robert Brian Israel i in. „Mapowanie problemów z ograniczoną optymalizacją do wyżarzania kwantowego z zastosowaniem do diagnostyki błędów”. Granice w ICT 3 (2016).
https://​/​doi.org/​10.3389/​fict.2016.00014

[16] Adam Douglass, Andrew D. King i Jack Raymond. „Konstruowanie filtrów satelitarnych za pomocą Quantum Annealer”. W Marijn Heule i Sean Weaver, redaktorzy, Theory and Applications of Satisfiability Testing – SAT 2015. Lecture Notes in Computer Science Cham (2015). Międzynarodowe wydawnictwo Springera.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-24318-4_9

[17] Andrzej Lukas. „Sformułowania Isinga wielu problemów NP”. Przód. fizyka 2, 5 (2014).
https: / / doi.org/ 10.3389 / fphy.2014.00005

[18] Edward Farhi, Jeffrey Goldstone i Sam Gutmann. „Algorytm optymalizacji przybliżonej kwantowej” (2014). arXiv:1411.4028.
arXiv: 1411.4028

[19] Tadashi Kadowaki i Hidetoshi Nishimori. „Wyżarzanie kwantowe w modelu isingu poprzecznego”. fizyka Obj. E 58, 5355–5363 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.58.5355

[20] Arnab Das i Bikas K. Chakrabarti. „Kolokwium: wyżarzanie kwantowe i analogowe obliczenia kwantowe”. Wielebny Mod. fizyka 80, 1061–1081 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.80.1061

[21] Philipp Hauke, Helmut G. Katzgraber, Wolfgang Lechner i in. „Perspektywy wyżarzania kwantowego: metody i implementacje”. Raporty o postępach w fizyce 83, 054401 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1361-6633/​ab85b8

[22] Tomas Vyskocil i Hristo Djidjev. „Osadzanie ograniczeń równości problemów optymalizacji w wyżarzaczu kwantowym”. Algorytmy 12 (2019).
https: / / doi.org/ 10.3390 / a12040077

[23] Itay Hen i Federico M. Spedalieri. „Wyżarzanie kwantowe dla ograniczonej optymalizacji”. fizyka Wersja zastosowana 5, 034007 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.5.034007

[24] Itay Hen i Marcelo S. Sarandy. „Driver Hamiltonians dla ograniczonej optymalizacji w wyżarzaniu kwantowym”. fizyka Rev. A 93, 062312 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.93.062312

[25] Stuart Hadfield, Zhihui Wang, Bryan O'Gorman i in. „Od przybliżonego algorytmu optymalizacji kwantowej do kwantowego operatora przemiennego ansatz”. Algorytmy 12 (2019).
https: / / doi.org/ 10.3390 / a12020034

[26] Kazuki Ikeda, Yuma Nakamura i Travis S. Humble. „Zastosowanie wyżarzania kwantowego do problemu planowania pielęgniarek”. Raporty naukowe 9, 12837 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-019-49172-3

[27] Hirotaka Irie, Goragot Wongpaisarnsin, Masayoshi Terabe i in. „Wyżarzanie kwantowe problemu trasowania pojazdów z czasem, stanem i pojemnością”. W: Sebastian Feld i Claudia Linnhoff-Popien, redaktorzy, Quantum Technology and Optimization Problems. Strony 145–156. Notatki z wykładów z informatyki Cham (2019). Międzynarodowe wydawnictwo Springera.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-14082-3_13

[28] Tobias Stollenwerk, Bryan O'Gorman, Davide Venturelli i in. „Wyżarzanie kwantowe stosowane do rozwiązywania konfliktów optymalnych trajektorii w zarządzaniu ruchem lotniczym”. Transakcje IEEE dotyczące inteligentnych systemów transportowych 21, 285–297 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1109/​TITS.2019.2891235

[29] Itay Hen i AP Young. „Wykładnicza złożoność kwantowego algorytmu adiabatycznego dla pewnych problemów spełnialności”. fizyka Wersja E 84, 061152 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.84.061152

[30] Hok K. Ng, Banavar Sridhar i Shon Grabbe. „Optymalizacja trajektorii samolotów z wieloma wysokościami przelotowymi w obecności wiatrów”. Journal of Aerospace Information Systems 11 (2014).
https://​/​doi.org/​10.2514/​1.I010084

[31] Eleanor Rieffel, Davide Venturelli, Minh Do i in. „Sparametryzowane rodziny problemów z twardym planowaniem na podstawie przejść fazowych”. Materiały z konferencji AAAI na temat sztucznej inteligencji 28 (2014).
https: // doi.org/ 10.1609 / aaai.v28i1.9044

[32] Davide Venturelli, Dominic JJ Marchand i Galo Rojo. „Wdrożenie wyżarzania kwantowego planowania pracy w sklepie” (2016). arXiv:1506.08479.
arXiv: 1506.08479

[33] Gili Rosenberg, Poya Haghnegahdar, Phil Goddard i in. „Rozwiązywanie problemu optymalnej trajektorii handlu za pomocą 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 i Eleanor G. Rieffel. „Miksery $ XY $: wyniki analityczne i numeryczne dla kwantowego operatora przemiennego ansatz”. fizyka Wersja A 101, 012320 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.012320

[35] Jeremy Cook, Stephan Eidenbenz i Andreas Bärtschi. „Operator przemienny kwantowy ansatz na maksymalnym pokryciu wierzchołków k”. W 2020 r. Międzynarodowa konferencja IEEE na temat obliczeń i inżynierii kwantowej (QCE). Strony 83–92. (2020).
https: // doi.org/ 10.1109 / QCE49297.2020.00021

[36] Wolfganga Lechnera, Philippa Hauke ​​i Petera Zollera. „Architektura wyżarzania kwantowego z łącznością od wszystkich do wszystkich dzięki lokalnym interakcjom”. nauka adw. 1, 1500838 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.1500838

[37] Kilian Ender, Roeland ter Hoeven, Benjamin E. Niehoff i in. „Optymalizacja kwantowa parzystości: kompilator” (2021). arXiv:2105.06233.
arXiv: 2105.06233

[38] Michael Fellner, Kilian Ender, Roeland ter Hoeven i Wolfgang Lechner. „Optymalizacja kwantowa parzystości: testy porównawcze” (2021). arXiv:2105.06240.
arXiv: 2105.06240

[39] Vicky Choi. „Drobne osadzenie w adiabatycznych obliczeniach kwantowych: I. Problem z ustawieniem parametrów”. Kwantowe przetwarzanie informacji 7, 193–209 (2008).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s11128-008-0082-9

[40] Walter Vinci, Tameem Albash, Gerardo Paz-Silva i in. „Korekcja wyżarzania kwantowego z niewielkim osadzeniem”. fizyka Wersja A 92, 042310 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.042310

[41] Yu Yamashiro, Masaki Ohkuwa, Hidetoshi Nishimori i Daniel A. Lidar. „Dynamika wyżarzania wstecznego dla w pełni połączonego modelu $p$-spin”. fizyka Rev. A 100, 052321 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.052321

[42] Tameem Albash i Daniel A. Lidar. „Adiabatyczne obliczenia kwantowe”. Wielebny Mod. fizyka 90, 015002 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.90.015002

[43] Rolando D. Somma, Daniel Nagaj i Mária Kieferová. „Przyspieszenie kwantowe przez wyżarzanie kwantowe”. fizyka Wielebny Lett. 109, 050501 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.109.050501

[44] Elizabeth Crosson, Edward Farhi, Cedric Yen-Yu Lin i in. „Różne strategie optymalizacji z wykorzystaniem kwantowego algorytmu adiabatycznego” (2014). arXiv:1401.7320.
arXiv: 1401.7320

[45] Layla Hormozi, Ethan W. Brown, Giuseppe Carleo i Matthias Troyer. „Nonstoquastyczne hamiltoniany i wyżarzanie kwantowe szkła wirowego ising”. fizyka Wersja B 95, 184416 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.95.184416

[46] Andreasa Hartmanna i Wolfganga Lechnera. „Szybkie przemiatanie przeciwdiabatyczne w adiabatycznych komputerach kwantowych z miernikiem sieci”. Nowy J. Phys. 21, 043025 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ab14a0

[47] MHS Amin. „Spójność twierdzenia adiabatycznego”. fizyka Wielebny Lett. 102, 220401 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.220401

[48] Lukas M. Sieberer i Wolfgang Lechner. „Programowalne superpozycje konfiguracji ising”. fizyka Rev. A 97, 052329 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.052329

[49] Andreas Bärtschi i Stephan Eidenbenz. „Deterministyczne przygotowanie stanów Dicke'a”. W podstawach teorii obliczeń . Strony 126–139. Międzynarodowe wydawnictwo Springer (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-25027-0_9

[50] Wolfganga Lechnera. „Przybliżona optymalizacja kwantowa za pomocą równoległych bramek”. IEEE Transactions on Quantum Engineering 1, 1–6 (2020).
https: // doi.org/ 10.1109 / TQE.2020.3034798

[51] SE Anderson, KC Younge i G. Raithel. „Uwięzienie atomów Rydberga w sieci optycznej”. fizyka Wielebny Lett. 107, 263001 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.263001

[52] S. Ebadi, A. Keesling, M. Cain i in. „Optymalizacja kwantowa maksymalnego niezależnego zestawu przy użyciu macierzy atomowych Rydberga”. Nauka 376, 1209–1215 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1126/​science.abo6587

[53] TM Graham, Y. Song, J. Scott i in. „Splątanie wielokubitowe i algorytmy na komputerze kwantowym z atomem neutralnym”. Przyroda 604, 457–462 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-04603-6

[54] Dolev Bluvstein, Harry Levine, Giulia Semeghini i in. „Procesor kwantowy oparty na spójnym transporcie splątanych układów atomowych”. Przyroda 604, 451–456 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-04592-6

[55] Clemens Dlaska, Kilian Ender, Glen Bigan Mbeng i in. „Optymalizacja kwantowa za pomocą czterociałowych bramek rydberga”. fizyka Wielebny Lett. 128, 120503 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.120503

[56] Joseph W. Britton, Brian C. Sawyer, Adam C. Keith i in. „Zaprojektowano dwuwymiarowe interakcje Isinga w symulatorze kwantowym uwięzionych jonów z setkami spinów”. Przyroda 484 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature10981

[57] JI Cirac i P. Zoller. „Skalowalny komputer kwantowy z jonami w szeregu mikropułapek”. Natura 404, 579–581 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1038 / 35007021

[58] Muira Kumpha, Michaela Brownnutta i Rainera Blatta. „Dwuwymiarowe tablice pułapek jonowych o częstotliwości radiowej z adresowalnymi interakcjami”. New Journal of Physics 13, 073043 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​13/​7/​073043

[59] Manuel Mielenz, Henning Kalis, Matthias Wittemer i in. „Macierze indywidualnie kontrolowanych jonów nadających się do dwuwymiarowych symulacji kwantowych”. Nature Communications 7, ncomms11839 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms11839

[60] B Foxen, JY Mutus, E. Lucero i in. „Interkonekty nadprzewodzące kompatybilne z Qubit”. Nauka i technologia kwantowa 3, 014005 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​aa94fc

[61] Ming Gong, Shiyu Wang, Chen Zha i in. „Chodzenie kwantowe po programowalnym dwuwymiarowym 62-kubitowym procesorze nadprzewodzącym”. Nauka 372, 948–952 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1126/​science.abg7812

[62] Tim Menke, William P. Banner, Thomas R. Bergamaschi i in. „Demonstracja przestrajalnych interakcji trójciałowych między kubitami nadprzewodzącymi”. fizyka Wielebny Lett. 129, 220501 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.129.220501

[63] Nico W. Hendrickx, William IL Lawrie, Maximilian Russ i in. „Czterokubitowy germanowy procesor kwantowy”. Przyroda 591, 580–585 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-021-03332-6

[64] LMK Vandersypen, H. Bluhm, JS Clarke i in. „Połączenie kubitów spinowych w kropkach kwantowych i donorach — gorące, gęste i spójne”. npj Quantum Information 3, 34 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-017-0038-y

[65] M. Veldhorst, HGJ Eenink, CH Yang i AS Dzurak. „Architektura krzemu CMOS dla spinowego komputera kwantowego”. Nature Communications 8, 1766 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-017-01905-6

[66] Ruoyu Li, Luca Petit, David P. Franke i in. „Sieć poprzeczna dla kubitów krzemowych kropek kwantowych”. Science Advances 4, ear3960 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1126/​sciadv.abg9158

[67] JR Johansson, PD Nation i Franco Nori. „Qutip 2: Framework Pythona dla dynamiki otwartych systemów kwantowych”. Komunikacja w dziedzinie fizyki komputerowej 184, 1234–1240 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.cpc.2012.11.019

[68] Tameem Albash, Walter Vinci i Daniel A. Lidar. „Porównanie symulowanego wyżarzania kwantowego między schematami łączności od wszystkich do wszystkich”. fizyka Wersja A 94, 022327 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.022327

[69] Fernando Pastawskiego i Johna Preskilla. „Korekcja błędów dla zakodowanego wyżarzania kwantowego”. fizyka Wersja A 93, 052325 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.93.052325

[70] Anity Weidinger, Glena Bigana Mbenga i Wolfganga Lechnera. „Łagodzenie błędów w przybliżonej optymalizacji kwantowej” (2023). arXiv:2301.05042.
arXiv: 2301.05042

[71] Sergey Bravyi, David P. DiVincenzo i Daniel Loss. „Transformacja Schrieffera – Wolffa dla kwantowych układów wielociałowych”. Annals of Physics 326, 2793–2826 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.aop.2011.06.004

Cytowany przez

[1] Dylan Herman, Cody Googin, Xiaoyuan Liu, Alexey Galda, Ilya Safro, Yue Sun, Marco Pistoia i Yuri Alexeev, „Ankieta dotycząca obliczeń kwantowych dla finansów”, arXiv: 2201.02773, (2022).

[2] Sheir Yarkoni, Elena Raponi, Thomas Bäck i Sebastian Schmitt, „Wyżarzanie kwantowe do zastosowań przemysłowych: wprowadzenie i przegląd”, Raporty o postępach w fizyce 85 10, 104001 (2022).

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

[4] PV Sriluckshmy, Vicente Pina-Canelles, Mario Ponce, Manuel G. Algaba, Fedor Šimkovic i Martin Leib, „Optimal, hardware native decomposition of sparametryzowana wielokubitowa bramka Pauliego”, arXiv: 2303.04498, (2023).

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

[6] Narendra N. Hegade, Koushik Paul, F. Albarrán-Arriagada, Xi Chen i Enrique Solano, „Cyfrowa adiabatyczna faktoryzacja kwantowa”, Przegląd fizyczny A 104 5, L050403 (2021).

[7] Federico Dominguez, Josua Unger, Matthias Traube, Barry Mant, Christian Ertler i Wolfgang Lechner, „Sformułowanie problemu optymalizacji niezależnej od kodowania dla obliczeń kwantowych”, arXiv: 2302.03711, (2023).

[8] R. Cumming i T. Thomas, „Używanie komputera kwantowego do rozwiązania rzeczywistego problemu — co można dziś osiągnąć?”, arXiv: 2211.13080, (2022).

Powyższe cytaty pochodzą z Reklamy SAO / NASA (ostatnia aktualizacja pomyślnie 2023-03-18 10:03:05). Lista może być niekompletna, ponieważ nie wszyscy wydawcy podają odpowiednie i pełne dane cytowania.

On Serwis cytowany przez Crossref nie znaleziono danych na temat cytowania prac (ostatnia próba 2023-03-18 10:03:04).

Niniejszy artykuł opublikowano w Quantum pod Creative Commons Uznanie autorstwa 4.0 Międzynarodowe (CC BY 4.0) licencja. Prawa autorskie należą do pierwotnych właścicieli praw autorskich, takich jak autorzy lub ich instytucje.

Znak czasu:

Więcej z Dziennik kwantowy