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局部哈密顿量短时演化的极限

阿里·哈米德·穆萨维安、赛义德·萨贾德·卡哈尼和 萨尔曼·贝吉(Salman Beigi)

伊朗德黑兰Phanous研究与创新中心QuOne实验室

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抽象

当地哈密顿量在短时间内的演变预计将保持在当地,因此受到限制。 在本文中,我们通过证明对局部时间相关哈密顿量的短时间演化的一些限制来验证这种直觉。 我们表明,局部哈密顿量的短时间(最多对数)演化的测量输出分布是集中的,并且满足 $textit{等周不等式}$。 为了展示我们的结果的明确应用,我们研究了 $M$$small{AX}$$C$$small{UT}$ 问题并得出结论,量子退火至少需要一个运行时间,该运行时间与问题大小成对数缩放在 $M$$small{AX}$$C$$small{UT}$ 上击败经典算法。 为了确定我们的结果,我们还证明了一个 Lieb-Robinson 界,该界适用于可能具有独立兴趣的时间相关的哈密顿量。

局部哈密顿量在短时间内的演化预计将保持局部,因此是有限的。 在本文中,我们通过证明对局部时间相关哈密顿量的短时间演化的一些限制来验证这种直觉。 我们表明,局部哈密顿量的短时间(最多对数)演化的测量输出分布是集中的,并且满足等周不等式。 为了展示我们的结果的明确应用,我们研究了 MaxCut 问题并得出结论,量子退火至少需要一个在问题大小上成对数缩放的运行时间才能击败 MaxCut 上的经典算法。

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►参考

[1] T. Kadowaki 和 H. Nishimori。 横向伊辛模型中的量子退火。 物理评论 E 58, 5355–5363 (1998)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.58.5355

[2] E. Farhi、J. Goldstone、S. Gutmann 和 M. Sipser。 绝热演化的量子计算。 arXiv:0001106 [quant-ph] (2000)。
https://doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/0001106
的arXiv:0001106

[3] T.加藤。 关于量子力学的绝热定理。 日本物理学会杂志 5, 435–439 (1950)。
https:/ / doi.org/ 10.1143 / JPSJ.5.435

[4] M. Born 和 V. Fock。 Beweis des adiabatensatzes。 Zeitschrift für Physik 51, 165–180 (1928)。
https:/ / doi.org/ 10.1007 / BF01343193

[5] T. Albash 和 DA 激光雷达。 绝热量子计算。 现代物理学评论 90, 015002 (2018)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.90.015002

[6] I. 母鸡和 FM Spedalieri。 用于约束优化的量子退火。 应用物理评论 5, 034007 (2016)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.5.034007

[7] S. Puri、CK Andersen、AL Grimsmo 和 A. Blais。 使用全连接非线性振荡器进行量子退火。 自然通讯 8, 15785 (2017)。
https:///doi.org/10.1038/ncomms15785

[8] W. Lechner、P. Hauke 和 P. Zoller。 一种量子退火架构,具有来自局部交互的全对全连接。 科学进展 1, e1500838 (2015)。
https:/ / doi.org/ 10.1126 / sciadv.1500838

[9] S.Jiang、KA Britt、AJ McCaskey、TS Humble 和 S.Kais。 质因数分解的量子退火。 科学报告 8, 17667 (2018)。
https:/ / doi.org/ 10.1038 / s41598-018-36058-z

[10] RY Li、R. Di Felice、R. Rohs 和 DA 激光雷达。 量子退火与经典机器学习应用于简化的计算生物学问题。 NPJ 量子信息 4, 1-10 (2018)。
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-018-0060-8

[11] L. 斯特拉、GE Santoro 和 E. Tosatti。 量子退火优化:简单案例的教训。 物理评论 B 72, 014303 (2005)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.72.014303

[12] O. Titiloye 和 A. Crispin。 图着色问题的量子退火。 离散优化 8, 376–384 (2011)。
https:///​doi.org/​10.1016/​j.disopt.2010.12.001

[13] A.莫特,J.乔布,J.-R。 Vlimant、D. Lidar 和 M. Spiropulu。 通过机器学习的量子退火解决希格斯优化问题。 自然 550, 375–379 (2017)。
https:/ / doi.org/10.1038/nature24047

[14] KL Pudenz、T. Albash 和 D. A 激光雷达。 随机 Ising 问题的量子退火校正。 物理评论 A 91, 042302 (2015)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.91.042302

[15] A. Perdomo-Ortiz、N. Dickson、M. Drew-Brook、G. Rose 和 A. Aspuru-Guzik。 通过量子退火寻找晶格蛋白模型的低能构象。 科学报告 2, 571 (2012)。
https:/ / doi.org/ 10.1038 / srep00571

[16] KL Pudenz、T. Albash 和 D. A 激光雷达。 具有数百个量子位的纠错量子退火。 自然通讯 5, 1-10 (2014)。
https:///doi.org/10.1038/ncomms4243

[17] R. Martoňák、GE Santoro 和 E. Tosatti。 旅行商问题的量子退火。 物理评论 E 70, 057701 (2004)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.70.057701

[18] SH Adachi 和 MP 亨德森。 量子退火在深度神经网络训练中的应用。 arXiv:1510.06356 [quant-ph] (2015)。
https://doi.org/10.48550/arXiv.1510.06356
的arXiv:1510.06356

[19] M.W约翰逊等人。 制造自旋的量子退火。 自然 473, 194–198 (2011)。
https:/ / doi.org/10.1038/nature10012

[20] S. Boixo、T. Albash、FM Spedalieri、N. Chancellor 和 DA Lidar。 可编程量子退火的实验特征。 自然通讯 4, 1-8 (2013)。
https:///doi.org/10.1038/ncomms3067

[21] 广告王等人。 可编程 2000 量子比特伊辛链中的相干量子退火。 arXiv:2202.05847 [quant-ph] (2022)。
https://doi.org/10.48550/arXiv.2202.05847
的arXiv:2202.05847

[22] B. Foxen 等人。 演示用于近期量子算法的一组连续的双量子比特门。 物理评论快报 125、120504 (2020)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.120504

[23] K.赖特等人。 对 11 量子位量子计算机进行基准测试。 自然通讯 10, 1-6 (2019)。
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-019-13534-2

[24] EJ Crosson 和 DA 激光雷达。 用非绝热量子退火进行量子增强的前景。 自然评论物理学 3, 466–489 (2021)。
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s42254-021-00313-6

[25] E. Farhi、J. Goldstone 和 S. Gutmann。 一种量子近似优化算法。 arXiv:1411.4028 [quant-ph] (2014)。
https://doi.org/10.48550/arXiv.1411.4028
的arXiv:1411.4028

[26] E. Farhi、D. Gamarnik 和 S. Gutmann。 量子近似优化算法需要查看全图:最坏情况示例。 arXiv:2005.08747 [quant-ph] (2020)。
https://doi.org/10.48550/arXiv.2005.08747
的arXiv:2005.08747

[27] E. Farhi、D. Gamarnik 和 S. Gutmann。 量子近似优化算法需要看全图:一个典型案例。 arXiv:2004.09002 [quant-ph] (2020)。
https://doi.org/10.48550/arXiv.2004.09002
的arXiv:2004.09002

[28] S. Bravyi、A. Kliesch、R. Koenig 和 E. Tang。 来自对称保护的变分量子优化的障碍。 物理评论快报 125, 260505 (2020)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.260505

[29] S. Bravyi、D. Gosset 和 R. Movassagh。 量子平均值的经典算法。 自然物理学 17, 337–341 (2021)。
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-020-01109-8

[30] S. Bravyi、A. Kliesch、R. Koenig 和 E. Tang。 用于近似图着色的混合量子经典算法。 量子 6, 678 (2022)。
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-03-30-678

[31] L. Eldar 和 AW Harrow。 基态难以近似的当地哈密顿量。 在 2017 年 IEEE 第 58 届计算机科学基础年度研讨会 (FOCS),427–438 (2017)。
https:///doi.org/10.1109/FOCS.2017.46

[32] LT Brady、CL Baldwin、A. Bapat、Y. Kharkov 和 AV Gorshkov。 量子退火和量子近似优化算法问题中的最优协议。 物理评论快报 126, 070505 (2021)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.070505

[33] LT Brady、L. Kocia、P. Bienias、A. Bapat、Y. Kharkov 和 AV Gorshkov。 模拟量子算法的行为。 arXiv:2107.01218 [quant-ph] (2021)。
https://doi.org/10.48550/arXiv.2107.01218
的arXiv:2107.01218

[34] LC Venuti、D. D'Alessandro 和 DA 激光雷达。 封闭和开放系统量子优化的最优控制。 应用物理评论 16, 054023 (2021)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.16.054023

[35] AM Childs、Y. Su、MC Tran、N. Wiebe 和 S. Zhu。 带换向器定标的 Trotter 误差理论。 物理评论 X 11, 011020 (2021)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.11.011020

[36] B. Nachtergaele、Y. Ogata 和 R. Sims。 量子晶格系统中相关性的传播。 统计物理学杂志 124, 1-13 (2006)。
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s10955-006-9143-6

[37] B. Nachtergaele 和 R. Sims。 量子多体物理学中的 Lieb-Robinson 界。 当代数学 529, 141–176 (2010)。
https:/ ‐ / doi.org/10.1090/conm/529/10429

[38] S. Bravyi、MB Hastings 和 F. Verstraete。 Lieb-robinson 界限和相关性和拓扑量子序的生成。 物理评论快报 97, 050401 (2006)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.97.050401

[39] C.-F。 陈和 A.卢卡斯。 图论中的算子增长界限。 数学物理通讯 385,第 1273-1323 页(2021 年)。
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-021-04151-6

[40] EH Lieb 和 DW 罗宾逊。 量子自旋系统的有限群速度。 数学物理通讯 28, 251–257 (1972)。
https:/ / doi.org/ 10.1007 / BF01645779

[41] J. Haah、MB Hastings、R. Kothari 和 GH Low。 用于模拟晶格哈密顿量实时演化的量子算法。 2018 年 IEEE 第 59 届计算机科学基础年度研讨会 (FOCS),350–360 (2018)。
https:///doi.org/10.1109/FOCS.2018.00041

[42] A. Lubotzky、R. Phillips 和 P. Sarnak。 拉马努金图。 组合 8, 261–277 (1988)。
https:/ / doi.org/ 10.1007 / BF02126799

[43] B.莫哈尔。 图的等距数。 组合理论杂志,B 系列 47, 274–291 (1989)。
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0095-8956(89)90029-4

[44] AW Marcus、DA Spielman 和 N. Srivastava。 交错族IV:各种大小的二分拉马努金图。 2015 年 IEEE 第 56 届计算机科学基础年度研讨会 (FOCS),1358–1377 (2015)。
https:///doi.org/10.1109/FOCS.2015.87

[45] AW Marcus、DA Spielman 和 N. Srivastava。 交错族IV:各种尺寸的二分拉马努金图。 SIAM 计算杂志 47, 2488–2509 (2018)。
https:/ / doi.org/ 10.1137/ 16M106176X

[46] C. Hall、D. Puder 和 WF Sawin。 图形的拉马努金覆盖物。 数学进展 323, 367–410 (2018)。
https:/ / doi.org/ 10.1016/ j.aim.2017.10.042

[47] MX Goemans 和 DP 威廉姆森。 使用半定规划改进了最大切割和可满足性问题的近似算法。 ACM 杂志 42, 1115–1145 (1995)。
https:/ / doi.org/10.1145/ 227683.227684

[48] RD Somma、D. Nagaj 和 M. Kieferová。 通过量子退火实现量子加速。 物理评论快报 109, 050501 (2012)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.109.050501

[49] MB黑斯廷斯。 无符号问题的绝热量子计算的力量。 量子 5, 597 (2021)。
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-12-06-597

[50] A. Gilyén、MB Hastings 和 U. Vazirani。 (子)绝热量子计算的指数优势,没有符号问题。 在年度 ACM 计算理论研讨会 (STOC) 论文集上,1357–1369 (2021)。
https:/ / doi.org/10.1145/ 3406325.3451060

[51] R.巴蒂亚。 矩阵分析。 数学研究生课本。 纽约斯普林格 (1996)。
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-1-4612-0653-8

[52] R.巴蒂亚。 正定矩阵。 普林斯顿大学出版社,(2007 年)。
https:/ / doi.org/10.1515/ 9781400827787

[53] BD McKay、NC Wormald 和 B. Wysocka。 随机正则图中的短周期。 电子组合学杂志 11, 1-12 (2004)。
https:/ / doi.org/10.37236/ 1819

[54] F. Kardoš、D. Král 和 J. Volec。 大周长三次图中和随机三次图中的最大边切。 随机结构与算法 41, 506–520 (2012)。
https:/ / doi.org/ 10.1002 / rsa.20471

[55] D. Coppersmith、D. Gamarnik、MT Hajiaghayi 和 GB Sorkin。 随机 MAX SAT、随机 MAX CUT 及其相变。 随机结构和算法 24, 502–545 (2004)。
https:/ / doi.org/ 10.1002 / rsa.20015

[56] A. Dembo、A. Montanari 和 S. Sen. 稀疏随机图的极值切割。 概率年鉴 45, 1190–1217 (2017)。
https:/ / doi.org/ 10.1214/ 15-AOP1084

被引用

[1] Giacomo De Palma、Milad Marvian、Cambyse Rouzé 和 Daniel Stilck França,“变分量子算法的局限性:一种量子最优传输方法”, 的arXiv:2204.03455.

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