Optimizare cuantică de paritate: Constrângeri de codificare

Optimizare cuantică de paritate: Constrângeri de codificare

Marca temporală: 17 martie 2023 5:56 AM

Maike Drieb-Schön1,2, Kilian Ender1,2, Younes Javanmard1și Wolfgang Lechner1,2

1Parity Quantum Computing GmbH, A-6020 Innsbruck, Austria
2Institutul de Fizică Teoretică, Universitatea Innsbruck, A-6020 Innsbruck, Austria

Găsiți această lucrare interesant sau doriți să discutați? Scite sau lasă un comentariu la SciRate.

Abstract

Constrângerile fac problemele de optimizare și mai greu de rezolvat pe dispozitivele cuantice, deoarece sunt implementate cu penalități mari de energie și supraîncărcare suplimentară de qubit. Maparea de paritate, care a fost introdusă ca o alternativă la codificarea de spin, traduce problema într-o reprezentare folosind doar variabile de paritate care codifică produse ale variabilelor de spin. În combinarea interacțiunii de schimb și a termenilor de rotație cu un singur spin în reprezentarea parității, constrângerile asupra sumelor și produselor de termeni $k$-corp arbitrari pot fi implementate fără supraîncărcare suplimentară în sistemele cuantice bidimensionale.

Optimizare cuantică de paritate: Constrângeri de codificare PlatoBlockchain Data Intelligence. Căutare verticală. Ai.

► Date BibTeX

► Referințe

[1] Edward Farhi, Jeffrey Goldstone, Sam Gutmann și colab. „Un algoritm de evoluție adiabatică cuantică aplicat la instanțe aleatorii ale unei probleme NP-complete”. Science 292, 472–475 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1057726

[2] David Allouche, Isabelle Andre, Sophie Barbe și colab. „Proiectarea proteinelor computaționale ca problemă de optimizare”. Artificial Intelligence 212, 59–79 (2014).
https://​/​doi.org/​10.1016/​j.artint.2014.03.005

[3] Simon Gravel și Veit Elser. „Împărțiți și acceptați: o abordare generală a satisfacției constrângerilor”. Fiz. Rev. E 78, 036706 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.78.036706

[4] Florian Neukart, Gabriele Compostella, Christian Seidel, et al. „Optimizarea fluxului de trafic folosind un recoacer cuantic” (2017). arXiv:1708.01625.
arXiv: 1708.01625

[5] Eleanor G. Rieffel, Davide Venturelli, Bryan O'Gorman, et al. „Un studiu de caz în programarea unui recoacer cuantic pentru probleme grele de planificare operațională”. Procesarea informațiilor cuantice 14 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1007 / s11128-014-0892-x

[6] Emmanuel Hebrard, Eoin O'Mahony și Barry O'Sullivan. „Programarea cu constrângeri și optimizarea combinatorie în Numberjack”. În Andrea Lodi, Michela Milano și Paolo Toth, editori, Integrarea tehnicilor AI și OR în programarea cu constrângeri pentru probleme de optimizare combinatorie. Note de curs în informatică. Springer (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-13520-0_22

[7] MW Johnson, MHS Amin, S. Gildert, et al. „Recoacerea cuantică cu rotiri fabricate”. Natura 473 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature10012

[8] Pei Cao, Zhaoyan Fan, Robert X. Gao și Jiong Tang. „Rezolvarea problemei de optimizare a configurației cu constrângeri dure multiple: o abordare de recoacere simulată cu mai multe obiective îmbunătățită” (2017). arXiv:1706.03141.
arXiv: 1706.03141

[9] Frank Arute, Kunal Arya, Ryan Babbush și colab. „Supremația cuantică folosind un procesor supraconductor programabil”. Nature 574, 505–510 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-019-1666-5

[10] Hannes Bernien, Sylvain Schwartz, Alexander Keesling și colab. „Sondarea dinamicii mai multor corpuri pe un simulator cuantic cu 51 de atomi”. Nature 551, 579 EP – (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature24622

[11] Jens Koch, Terri M. Yu, Jay Gambetta și colab. „Design qubit insensibil la încărcare derivat din cutia de perechi de cupru”. Fiz. Rev. A 76, 042319 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.76.042319

[12] M. Saffman, TG Walker și K. Mølmer. „Informații cuantice cu atomi Rydberg”. Rev. Mod. Fiz. 82, 2313–2363 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.82.2313

[13] Loïc Henriet, Lucas Beguin, Adrien Signoles și colab. „Calcul cuantic cu atomi neutri”. Quantum 4 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-09-21-327

[14] Immanuel Bloch, Jean Dalibard și Wilhelm Zwerger. „Fizica multor corpuri cu gaze ultrareci”. Rev. Mod. Fiz. 80, 885–964 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.80.885

[15] Zhengbing Bian, Fabian Chudak, Robert Brian Israel și colab. „Cartografiarea problemelor de optimizare constrânsă la recoacere cuantică cu aplicare la diagnosticarea defecțiunilor”. Frontiere în TIC 3 (2016).
https://​/​doi.org/​10.3389/​fict.2016.00014

[16] Adam Douglass, Andrew D. King și Jack Raymond. „Construirea filtrelor SAT cu un recoacetor cuantic”. În Marijn Heule și Sean Weaver, editori, Theory and Applications of Satisfiability Testing – SAT 2015. Lecture Notes in Computer Science Cham (2015). Editura Springer International.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-24318-4_9

[17] Andrew Lucas. „Formularea multor probleme NP”. Față. Fiz. 2, 5 (2014).
https: / / doi.org/ 10.3389 / fphy.2014.00005

[18] Edward Farhi, Jeffrey Goldstone și Sam Gutmann. „Un algoritm de optimizare cuantică aproximativă” (2014). arXiv:1411.4028.
arXiv: 1411.4028

[19] Tadashi Kadowaki și Hidetoshi Nishimori. „Recoacerea cuantică în modelul transversal”. Fiz. Rev. E 58, 5355–5363 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.58.5355

[20] Arnab Das și Bikas K. Chakrabarti. „Colocviu: recoacere cuantică și calcul cuantic analogic”. Rev. Mod. Fiz. 80, 1061–1081 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.80.1061

[21] Philipp Hauke, Helmut G. Katzgraber, Wolfgang Lechner, et al. „Perspective ale recoacirii cuantice: metode și implementări”. Rapoarte privind progresul în fizică 83, 054401 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1361-6633/​ab85b8

[22] Tomas Vyskocil și Hristo Djidjev. „Încorporarea constrângerilor de egalitate ale problemelor de optimizare într-un recoacer cuantic”. Algoritmi 12 (2019).
https: / / doi.org/ 10.3390 / a12040077

[23] Itay Hen și Federico M. Spedalieri. „Recoacerea cuantică pentru optimizare constrânsă”. Fiz. Rev. Applied 5, 034007 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.5.034007

[24] Itay Hen și Marcelo S. Sarandy. „Driver Hamiltonieni pentru optimizarea constrânsă în recoacere cuantică”. Fiz. Rev. A 93, 062312 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.93.062312

[25] Stuart Hadfield, Zhihui Wang, Bryan O'Gorman și colab. „De la algoritmul de optimizare cuantică aproximativă la un operator cuantic alternativ ansatz”. Algoritmi 12 (2019).
https: / / doi.org/ 10.3390 / a12020034

[26] Kazuki Ikeda, Yuma Nakamura și Travis S. Humble. „Aplicarea recoacerii cuantice la problema de programare a asistentelor”. Scientific Reports 9, 12837 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-019-49172-3

[27] Hirotaka Irie, Goragot Wongpaisarnsin, Masayoshi Terabe și colab. „Recoacerea cuantică a problemei de rutare a vehiculelor cu timpul, starea și capacitatea”. În Sebastian Feld și Claudia Linnhoff-Popien, editori, Quantum Technology and Optimization Problems. Paginile 145–156. Note de curs în Computer Science Cham (2019). Editura Springer International.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-14082-3_13

[28] Tobias Stollenwerk, Bryan O'Gorman, Davide Venturelli și colab. „Recoacerea cuantică aplicată la traiectorii optime deconflictante pentru managementul traficului aerian”. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems 21, 285–297 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1109/​TITS.2019.2891235

[29] Itay Hen și AP Young. „Complexitatea exponențială a algoritmului adiabatic cuantic pentru anumite probleme de satisfacție”. Fiz. Rev. E 84, 061152 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.84.061152

[30] Hok K. Ng, Banavar Sridhar și Shon Grabbe. „Optimizarea traiectoriilor aeronavelor cu altitudini multiple de croazieră în prezența vântului”. Journal of Aerospace Information Systems 11 (2014).
https://​/​doi.org/​10.2514/​1.I010084

[31] Eleanor Rieffel, Davide Venturelli, Minh Do, et al. „Familii parametrizate cu probleme de planificare grea din tranzițiile de fază”. Proceedings of the AAAI Conference on Artificial Intelligence 28 (2014).
https://​/​doi.org/​10.1609/​aaai.v28i1.9044

[32] Davide Venturelli, Dominic JJ Marchand și Galo Rojo. „Implementarea recoacerii cuantice a programării job-shop” (2016). arXiv:1506.08479.
arXiv: 1506.08479

[33] Gili Rosenberg, Poya Haghnegahdar, Phil Goddard și colab. „Rezolvarea problemei traiectoriei de tranzacționare optimă folosind un recoacetor cuantic”. 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 și Eleanor G. Rieffel. „$XY$ mixere: rezultate analitice și numerice pentru operatorul cuantic alternant ansatz”. Fiz. Rev. A 101, 012320 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.012320

[35] Jeremy Cook, Stephan Eidenbenz și Andreas Bärtschi. „Operatorul alternativ cuantic ansatz pe acoperirea maximă a k-vertexului”. În 2020, IEEE International Conference on Quantum Computing and Engineering (QCE). Paginile 83–92. (2020).
https: / / doi.org/ 10.1109 / QCE49297.2020.00021

[36] Wolfgang Lechner, Philipp Hauke ​​și Peter Zoller. „O arhitectură de recoacere cuantică cu conectivitate totală din interacțiuni locale”. Sci. Adv. 1, 1500838 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.1500838

[37] Kilian Ender, Roeland ter Hoeven, Benjamin E. Niehoff, et al. „Optimizare cuantică de paritate: compilator” (2021). arXiv:2105.06233.
arXiv: 2105.06233

[38] Michael Fellner, Kilian Ender, Roeland ter Hoeven și Wolfgang Lechner. „Optimizare cuantică de paritate: repere” (2021). arXiv:2105.06240.
arXiv: 2105.06240

[39] Vicky Choi. „Încărcarea minoră în calculul cuantic adiabatic: I. Problema de setare a parametrilor”. Quantum Information Processing 7, 193–209 (2008).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s11128-008-0082-9

[40] Walter Vinci, Tameem Albash, Gerardo Paz-Silva, et al. „Corectare de recoacere cuantică cu încorporare minoră”. Fiz. Rev. A 92, 042310 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.042310

[41] Yu Yamashiro, Masaki Ohkuwa, Hidetoshi Nishimori și Daniel A. Lidar. „Dinamica recoacerii inverse pentru modelul $p$-spin complet conectat”. Fiz. Rev. A 100, 052321 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.052321

[42] Tameem Albash și Daniel A. Lidar. „Calcul cuantic adiabatic”. Rev. Mod. Fiz. 90, 015002 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.90.015002

[43] Rolando D. Somma, Daniel Nagaj și Mária Kieferová. „Accelerare cuantică prin recoacere cuantică”. Fiz. Rev. Lett. 109, 050501 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.109.050501

[44] Elizabeth Crosson, Edward Farhi, Cedric Yen-Yu Lin și colab. „Diferite strategii de optimizare folosind algoritmul adiabatic cuantic” (2014). arXiv:1401.7320.
arXiv: 1401.7320

[45] Layla Hormozi, Ethan W. Brown, Giuseppe Carleo și Matthias Troyer. „Hamiltonieni nonstoquastici și recoacere cuantică a unui sticla ising spin”. Fiz. Rev. B 95, 184416 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.95.184416

[46] Andreas Hartmann și Wolfgang Lechner. „Măturari rapide contra-diabatice în calculul cuantic adiabatic lattice gauge”. New J. Phys. 21, 043025 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ab14a0

[47] MHS Amin. „Consistența teoremei adiabatice”. Fiz. Rev. Lett. 102, 220401 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.220401

[48] Lukas M. Sieberer și Wolfgang Lechner. „Suprapoziții programabile ale configurațiilor ising”. Fiz. Rev. A 97, 052329 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.052329

[49] Andreas Bärtschi și Stephan Eidenbenz. „Pregătirea deterministă a stărilor Dicke”. În Fundamentele Teoriei Calculului. Paginile 126–139. Springer International Publishing (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-25027-0_9

[50] Wolfgang Lechner. „Optimizare aproximativă cuantică cu porți paralelizabile”. IEEE Transactions on Quantum Engineering 1, 1–6 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TQE.2020.3034798

[51] SE Anderson, KC Younge și G. Raithel. „Capcanarea atomilor Rydberg într-o rețea optică”. Fiz. Rev. Lett. 107, 263001 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.263001

[52] S. Ebadi, A. Keesling, M. Cain, et al. „Optimizarea cuantică a setului independent maxim folosind matrice de atomi Rydberg”. Science 376, 1209–1215 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1126/​science.abo6587

[53] TM Graham, Y. Song, J. Scott, et al. „Entanglement multi-qubit și algoritmi pe un computer cuantic cu atom neutru”. Nature 604, 457–462 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-04603-6

[54] Dolev Bluvstein, Harry Levine, Giulia Semeghini și colab. „Un procesor cuantic bazat pe transportul coerent de matrice de atomi încurcați”. Nature 604, 451–456 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-04592-6

[55] Clemens Dlaska, Kilian Ender, Glen Bigan Mbeng și colab. „Optimizare cuantică prin porți Rydberg cu patru corpuri”. Fiz. Rev. Lett. 128, 120503 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.120503

[56] Joseph W. Britton, Brian C. Sawyer, Adam C. Keith și colab. „Interacțiuni Ising bidimensionale proiectate într-un simulator cuantic de ioni prinși cu sute de rotiri”. Natura 484 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature10981

[57] JI Cirac şi P. Zoller. „Un computer cuantic scalabil cu ioni într-o serie de microcapcane”. Nature 404, 579–581 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1038 / 35007021

[58] Muir Kumph, Michael Brownnutt și Rainer Blatt. „Rețele bidimensionale de capcane de ioni de radiofrecvență cu interacțiuni adresabile”. New Journal of Physics 13, 073043 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​13/​7/​073043

[59] Manuel Mielenz, Henning Kalis, Matthias Wittemer și colab. „Matrice de ioni controlați individual adecvate pentru simulări cuantice bidimensionale”. Nature Communications 7, ncomms11839 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms11839

[60] B Foxen, JY Mutus, E Lucero și colab. „Interconexiuni supraconductoare compatibile cu Qubit”. Quantum Science and Technology 3, 014005 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​aa94fc

[61] Ming Gong, Shiyu Wang, Chen Zha și colab. „Quantum merge pe un procesor superconductor programabil bidimensional de 62 de qubiți”. Science 372, 948–952 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1126/​science.abg7812

[62] Tim Menke, William P. Banner, Thomas R. Bergamaschi, et al. „Demonstrarea interacțiunilor reglabile cu trei corpuri între qubiții supraconductori”. Fiz. Rev. Lett. 129, 220501 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.129.220501

[63] Nico W. Hendrickx, William IL Lawrie, Maximilian Russ, et al. „Un procesor cuantic germaniu de patru qubiți”. Nature 591, 580–585 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-021-03332-6

[64] LMK Vandersypen, H. Bluhm, JS Clarke, et al. „Interfațarea qubiților de spin în puncte cuantice și donatori – fierbinți, densi și coerenti”. npj Quantum Information 3, 34 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-017-0038-y

[65] M. Veldhorst, HGJ Eenink, CH Yang și AS Dzurak. „Arhitectură CMOS de silicon pentru un computer cuantic bazat pe spin”. Nature Communications 8, 1766 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-017-01905-6

[66] Ruoyu Li, Luca Petit, David P. Franke, et al. „O rețea de bare transversale pentru qubiți cu puncte cuantice de siliciu”. Science Advances 4, eaar3960 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1126/​sciadv.abg9158

[67] JR Johansson, PD Nation și Franco Nori. „Qutip 2: Un cadru python pentru dinamica sistemelor cuantice deschise”. Computer Physics Communications 184, 1234–1240 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.cpc.2012.11.019

[68] Tameem Albash, Walter Vinci și Daniel A. Lidar. „Comparație de recoacere cuantică simulată între schemele de conectivitate all-to-all”. Fiz. Rev. A 94, 022327 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.022327

[69] Fernando Pastawski și John Preskill. „Corectarea erorilor pentru recoacere cuantică codificată”. Fiz. Rev. A 93, 052325 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.93.052325

[70] Anita Weidinger, Glen Bigan Mbeng și Wolfgang Lechner. „Atenuarea erorilor pentru optimizarea aproximativă cuantică” (2023). arXiv:2301.05042.
arXiv: 2301.05042

[71] Sergey Bravyi, David P. DiVincenzo și Daniel Loss. „Transformarea Schrieffer-Wolff pentru sisteme cuantice cu mai multe corpuri”. Analele fizicii 326, 2793–2826 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.aop.2011.06.004

Citat de

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

[2] Sheir Yarkoni, Elena Raponi, Thomas Bäck și Sebastian Schmitt, „Recoacerea cuantică pentru aplicații industriale: introducere și revizuire”, Rapoarte privind progresul în fizică 85 10, 104001 (2022).

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

[4] PV Sriluckshmy, Vicente Pina-Canelles, Mario Ponce, Manuel G. Algaba, Fedor Šimkovic și Martin Leib, „Optimal, hardware native decomposition of parameterized multi-qubit Pauli Gates”, arXiv: 2303.04498, (2023).

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

[6] Narendra N. Hegade, Koushik Paul, F. Albarrán-Arriagada, Xi Chen și Enrique Solano, „Digitized adiabatic quantum factorization”, Revizuire fizică A 104 5, L050403 (2021).

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

[8] R. Cumming și T. Thomas, „Utilizarea unui computer cuantic pentru a rezolva o problemă din lumea reală — ce se poate realiza astăzi?”, arXiv: 2211.13080, (2022).

Citatele de mai sus sunt din ADS SAO / NASA (ultima actualizare cu succes 2023-03-18 10:03:05). Lista poate fi incompletă, deoarece nu toți editorii furnizează date de citare adecvate și complete.

On Serviciul citat de Crossref nu s-au găsit date despre citarea lucrărilor (ultima încercare 2023-03-18 10:03:04).

Acest Lucru este publicat în Quantum sub Creative Commons Atribuire 4.0 internațională (CC BY 4.0) licență. Drepturile de autor rămân la deținătorii de drepturi de autor originale, precum autorii sau instituțiile lor.

Timestamp-ul:

Mai mult de la Jurnalul cuantic