Pariteettikvanttioptimointi: koodausrajoitukset

Pariteettikvanttioptimointi: koodausrajoitukset

Aikaleima: 17. maaliskuuta 2023 5
Lähdesolmu: 2017978

Maike Drieb-Schön1,2, Kilian Ender1,2, Younes Javanmard1ja Wolfgang Lechner1,2

1Parity Quantum Computing GmbH, A-6020 Innsbruck, Itävalta
2Teoreettisen fysiikan instituutti, Innsbruckin yliopisto, A-6020 Innsbruck, Itävalta

Onko tämä artikkeli mielenkiintoinen vai haluatko keskustella? Scite tai jätä kommentti SciRate.

Abstrakti

Rajoitukset tekevät vaikeista optimointiongelmista vieläkin vaikeampia ratkaista kvanttilaitteissa, koska ne toteutetaan suurilla energiamaksuilla ja ylimääräisillä kubitin kustannuksilla. Pariteettikartoitus, joka on otettu käyttöön vaihtoehtona spin-koodaukselle, muuntaa ongelman esitykseksi, joka käyttää vain pariteettimuuttujia, jotka koodaavat spin-muuttujien tuotteita. Yhdistämällä vaihtovuorovaikutusta ja yksittäisiä spin-flip-termejä pariteettiesitykseen, rajoituksia mielivaltaisten $k$-runkotermien summille ja tuloille voidaan toteuttaa ilman lisäkustannuksia kaksiulotteisissa kvanttijärjestelmissä.

► BibTeX-tiedot

► Viitteet

[1] Edward Farhi, Jeffrey Goldstone, Sam Gutmann, et ai. "Kvanttiadiabaattisen evoluution algoritmi, jota sovelletaan NP-täydellisen ongelman satunnaisiin esiintymiin". Science 292, 472–475 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1057726

[2] David Allouche, Isabelle Andre, Sophie Barbe ym. "Laskennallinen proteiinisuunnittelu optimointiongelmana". Artificial Intelligence 212, 59–79 (2014).
https://doi.org/ 10.1016/j.artint.2014.03.005

[3] Simon Gravel ja Veit Elser. "Haja ja samaa mieltä: yleinen lähestymistapa rajoitusten tyytyväisyyteen". Phys. Rev. E 78, 036706 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.78.036706

[4] Florian Neukart, Gabriele Compostella, Christian Seidel, et ai. "Liikennevirran optimointi kvanttihehkuttimella" (2017). arXiv:1708.01625.
arXiv: 1708.01625

[5] Eleanor G. Rieffel, Davide Venturelli, Bryan O'Gorman, et ai. "Tapaustutkimus kvanttihehkurin ohjelmoinnista vaikeisiin toiminnan suunnitteluongelmiin". Quantum Information Processing 14 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1007 / s11128-014-0892-x

[6] Emmanuel Hebrard, Eoin O'Mahony ja Barry O'Sullivan. "Rajoiteohjelmointi ja kombinatorinen optimointi Numberjackissa". Teoksessa Andrea Lodi, Michela Milano ja Paolo Toth, toimittajat, Integration of AI and OR Techniques in Constraint Programming for Combinatoral Optimization Problems. Tietojenkäsittelytieteen luentomuistiinpanot. Springer (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-13520-0_22

[7] MW Johnson, MHS Amin, S. Gildert, et ai. "Kvanttihehkutus valmistetuilla spineillä". Nature 473 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature10012

[8] Pei Cao, Zhaoyan Fan, Robert X. Gao ja Jiong Tang. "Konfiguroinnin optimointiongelman ratkaiseminen useilla kovilla rajoituksilla: Enhanced Multi-Objective Simulated Hehkutusmenetelmä" (2017). arXiv:1706.03141.
arXiv: 1706.03141

[9] Frank Arute, Kunal Arya, Ryan Babbush et ai. "Kvanttiylivalta ohjelmoitavalla suprajohtavalla prosessorilla". Nature 574, 505–510 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-019-1666-5

[10] Hannes Bernien, Sylvain Schwartz, Alexander Keesling, et ai. "Monen kappaleen dynamiikan tutkiminen 51 atomin kvanttisimulaattorilla". Nature 551, 579 EP – (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature24622

[11] Jens Koch, Terri M. Yu, Jay Gambetta, et ai. "Latausherkkä kubittirakenne, joka on johdettu kupariparilaatikosta". Phys. Rev. A 76, 042319 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.76.042319

[12] M. Saffman, TG Walker ja K. Mølmer. "Kvanttitietoa rydberg-atomeilla". Rev. Mod. Phys. 82, 2313–2363 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.82.2313

[13] Loïc Henriet, Lucas Beguin, Adrien Signoles et ai. "Kvanttilaskenta neutraaleilla atomeilla". Quantum 4 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-09-21-327

[14] Immanuel Bloch, Jean Dalibard ja Wilhelm Zwerger. "Monen kehon fysiikka ultrakylmillä kaasuilla". Rev. Mod. Phys. 80, 885–964 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.80.885

[15] Zhengbing Bian, Fabian Chudak, Robert Brian Israel ym. "Rajoitetun optimointiongelmien kartoittaminen kvanttihehkutukseen vianmäärityksen sovelluksella". ICT 3:n rajat (2016).
https://​/​doi.org/​10.3389/​fict.2016.00014

[16] Adam Douglass, Andrew D. King ja Jack Raymond. "SAT-suodattimien rakentaminen kvanttihehkuttimella". Marijn Heule ja Sean Weaver, toimittajat, Theory and Applications of Satisfiability Testing – SAT 2015. Lecture Notes in Computer Science Cham (2015). Springer International Publishing.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-24318-4_9

[17] Andrew Lucas. "Monien NP-ongelmien muotoileminen". Edessä. Phys. 2, 5 (2014).
https: / / doi.org/ 10.3389 / fphy.2014.00005

[18] Edward Farhi, Jeffrey Goldstone ja Sam Gutmann. "Kvanttilikimääräinen optimointialgoritmi" (2014). arXiv:1411.4028.
arXiv: 1411.4028

[19] Tadashi Kadowaki ja Hidetoshi Nishimori. "Kvanttihehkutus poikittaismallissa". Phys. Rev. E 58, 5355–5363 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.58.5355

[20] Arnab Das ja Bikas K. Chakrabarti. "Kollokviumi: kvanttihehkutus ja analoginen kvanttilaskenta". Rev. Mod. Phys. 80, 1061–1081 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.80.1061

[21] Philipp Hauke, Helmut G. Katzgraber, Wolfgang Lechner, et ai. "Kvanttihehkutuksen näkökulmat: menetelmät ja toteutukset". Reports on Progress in Physics 83, 054401 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1361-6633/​ab85b8

[22] Tomas Vyskocil ja Hristo Djidjev. "Optimointiongelmien tasa-arvorajoitusten upottaminen kvanttihehkuttimeen". Algoritmit 12 (2019).
https: / / doi.org/ 10.3390 / a12040077

[23] Itay Hen ja Federico M. Spedalieri. "Kvanttihehkutus rajoitettua optimointia varten". Phys. Rev. Applied 5, 034007 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.5.034007

[24] Itay Hen ja Marcelo S. Sarandy. "Ajuri hamiltonilaiset kvanttihehkutuksen rajoitettuun optimointiin". Phys. Rev. A 93, 062312 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.93.062312

[25] Stuart Hadfield, Zhihui Wang, Bryan O'Gorman et ai. "Kvanttilikimääräisestä optimointialgoritmista kvanttivaihtuvaan operaattoriin ansatz". Algoritmit 12 (2019).
https: / / doi.org/ 10.3390 / a12020034

[26] Kazuki Ikeda, Yuma Nakamura ja Travis S. Humble. "Kvanttihehkutuksen soveltaminen sairaanhoitajan aikataulutusongelmaan". Scientific Reports 9, 12837 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-019-49172-3

[27] Hirotaka Irie, Goragot Wongpaisarnsin, Masayoshi Terabe, et ai. "Ajoneuvon reititysongelman kvanttihehkutus ajan, tilan ja kapasiteetin kanssa". Julkaisussa Sebastian Feld ja Claudia Linnhoff-Popien, toimittajat, Quantum Technology and Optimization Problems. Sivut 145-156. Luentomuistiinpanot tietojenkäsittelytieteessä Cham (2019). Springer International Publishing.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-14082-3_13

[28] Tobias Stollenwerk, Bryan O'Gorman, Davide Venturelli, et ai. "Kvanttihehkutusta sovellettu ristiriitaisten optimaalisten lentoratojen poistamiseen lentoliikenteen hallinnassa". IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems 21, 285–297 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1109/​TITS.2019.2891235

[29] Itay Hen ja AP Young. "Kvanttiadiabaattisen algoritmin eksponentiaalinen monimutkaisuus tietyille tyydyttävyysongelmille". Phys. Rev. E 84, 061152 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.84.061152

[30] Hok K. Ng, Banavar Sridhar ja Shon Grabbe. "Lentolentokoneiden lentoratojen optimointi useilla risteilykorkeuksilla tuulien vallitessa". Journal of Aerospace Information Systems 11 (2014).
https://​/​doi.org/​10.2514/​1.I010084

[31] Eleanor Rieffel, Davide Venturelli, Minh Do, et ai. "Vaiheiden siirtymävaiheiden vaikeiden suunnitteluongelmien parametrisoidut perheet". Tekoälyä käsittelevän AAAI-konferenssin aineisto 28 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1609 / aaai.v28i1.9044

[32] Davide Venturelli, Dominic JJ Marchand ja Galo Rojo. "Kvanttihehkutus Työpaikka-aikataulutuksen toteutus" (2016). arXiv:1506.08479.
arXiv: 1506.08479

[33] Gili Rosenberg, Poya Haghnegahdar, Phil Goddard, et ai. "Optimaalisen kaupankäyntiradan ongelman ratkaiseminen kvanttihehkuttimella". 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 ja Eleanor G. Rieffel. "$XY$-sekoittimet: Analyyttiset ja numeeriset tulokset kvanttialternatiiviselle operaattorille ansatz". Phys. Rev. A 101, 012320 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.012320

[35] Jeremy Cook, Stephan Eidenbenz ja Andreas Bärtschi. "Vaihtoehtoinen kvanttioperaattori ansatz maksimaalisella k-vertex-peitolla". Vuonna 2020 IEEE International Conference on Quantum Computing and Engineering (QCE). Sivut 83-92. (2020).
https: / / doi.org/ 10.1109 / QCE49297.2020.00021

[36] Wolfgang Lechner, Philipp Hauke ​​ja Peter Zoller. "Kvanttihehkutusarkkitehtuuri, jossa on kaikki-kaikkien liitettävyys paikallisista vuorovaikutuksista". Sci. Adv. 1, 1500838 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.1500838

[37] Kilian Ender, Roeland ter Hoeven, Benjamin E. Niehoff, et ai. "Pariteettikvanttioptimointi: Compiler" (2021). arXiv:2105.06233.
arXiv: 2105.06233

[38] Michael Fellner, Kilian Ender, Roeland ter Hoeven ja Wolfgang Lechner. "Pariteettikvanttioptimointi: vertailuarvot" (2021). arXiv:2105.06240.
arXiv: 2105.06240

[39] Vicky Choi. "Pieni upottaminen adiabaattiseen kvanttilaskentaan: I. Parametrien asetusongelma". 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 ai. "Kvanttihehkutuksen korjaus pienellä upotuksella". Phys. Rev. A 92, 042310 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.042310

[41] Yu Yamashiro, Masaki Ohkuwa, Hidetoshi Nishimori ja Daniel A. Lidar. "Käänteisen hehkutuksen dynamiikka täysin kytketylle $p$-spin-mallille". Phys. Rev. A 100, 052321 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.052321

[42] Tameem Albash ja Daniel A. Lidar. "Adiabaattinen kvanttilaskenta". Rev. Mod. Phys. 90, 015002 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.90.015002

[43] Rolando D. Somma, Daniel Nagaj ja Mária Kieferová. "Kvanttihehkutus kvanttihehkutuksella". Phys. Rev. Lett. 109, 050501 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.109.050501

[44] Elizabeth Crosson, Edward Farhi, Cedric Yen-Yu Lin, et ai. "Eri strategioita optimointiin käyttämällä kvanttiadiabaattista algoritmia" (2014). arXiv:1401.7320.
arXiv: 1401.7320

[45] Layla Hormozi, Ethan W. Brown, Giuseppe Carleo ja Matthias Troyer. "Ei-stokvastiset hamiltonilaiset ja keinuvan lasin kvanttihehkutus". Phys. Rev. B 95, 184416 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.95.184416

[46] Andreas Hartmann ja Wolfgang Lechner. "Nopeat vastadiabaattiset pyyhkäisyt hilamittarin adiabaattisessa kvanttilaskentassa". Uusi J. Phys. 21, 043025 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ab14a0

[47] MHS Amin. "Adiabaattisen lauseen johdonmukaisuus". Phys. Rev. Lett. 102, 220401 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.220401

[48] Lukas M. Sieberer ja Wolfgang Lechner. "Ohjelmoitavat konfiguraatioiden superpositiot". Phys. Rev. A 97, 052329 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.052329

[49] Andreas Bärtschi ja Stephan Eidenbenz. "Dike-tilojen deterministinen valmistelu". Laskentateorian perusteissa. Sivut 126-139. Springer International Publishing (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-25027-0_9

[50] Wolfgang Lechner. "Kvanttilikimääräinen optimointi rinnakkaisilla porteilla". IEEE Transactions on Quantum Engineering 1, 1–6 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TQE.2020.3034798

[51] SE Anderson, KC Younge ja G. Raithel. "Rydberg-atomien vangitseminen optiseen hilaan". Phys. Rev. Lett. 107, 263001 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.263001

[52] S. Ebadi, A. Keesling, M. Cain, et ai. "Maksimimman riippumattoman joukon kvanttioptimointi rydbergin atomimatriiseilla". Science 376, 1209–1215 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1126/​science.abo6587

[53] TM Graham, Y. Song, J. Scott, et ai. "Moni-kubitin kietoutuminen ja algoritmit neutraaliatomikvanttitietokoneessa". Nature 604, 457–462 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-04603-6

[54] Dolev Bluvstein, Harry Levine, Giulia Semeghini et ai. "Kvanttiprosessori, joka perustuu sotkeutuneiden atomiryhmien koherenttiin kuljetukseen". Nature 604, 451–456 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-04592-6

[55] Clemens Dlaska, Kilian Ender, Glen Bigan Mbeng et ai. "Kvanttioptimointi nelirunkoisten Rydberg-porttien kautta". Phys. Rev. Lett. 128, 120503 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.120503

[56] Joseph W. Britton, Brian C. Sawyer, Adam C. Keith, et ai. "Suunniteltu kaksiulotteinen Ising-vuorovaikutus loukkuun jääneessä kvantti-imulaattorissa, jossa on satoja kierroksia". Nature 484 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature10981

[57] JI Cirac ja P. Zoller. "Skaalautuva kvanttitietokone, jossa on ioneja joukossa mikroloukkuja". Nature 404, 579–581 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1038 / +35007021

[58] Muir Kumph, Michael Brownnutt ja Rainer Blatt. "Kaksiulotteiset ryhmät radiotaajuisia ioniloukkuja, joissa on osoitettavissa olevia vuorovaikutuksia". New Journal of Physics 13, 073043 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​13/​7/​073043

[59] Manuel Mielenz, Henning Kalis, Matthias Wittemer, et ai. "Kaksiulotteisiin kvantisimulaatioihin soveltuvat yksilöllisesti ohjattujen ionien ryhmät". Nature Communications 7, ncomms11839 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms11839

[60] B Foxen, JY Mutus, E Lucero, et ai. "Qubit-yhteensopivat suprajohtavat liitännät". Quantum Science and Technology 3, 014005 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​aa94fc

[61] Ming Gong, Shiyu Wang, Chen Zha ym. "Kvantti kävelee ohjelmoitavalla kaksiulotteisella 62 qubit suprajohtavalla prosessorilla". Science 372, 948–952 (2021).
https://doi.org/ 10.1126/science.abg7812

[62] Tim Menke, William P. Banner, Thomas R. Bergamaschi, et ai. "Esittely viritettävistä kolmen kappaleen vuorovaikutuksista suprajohtavien kubittien välillä". Phys. Rev. Lett. 129, 220501 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.129.220501

[63] Nico W. Hendrickx, William IL Lawrie, Maximilian Russ, et ai. "Neljän kubitin germanium-kvanttiprosessori". Nature 591, 580–585 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-021-03332-6

[64] LMK Vandersypen, H. Bluhm, JS Clarke, et ai. "Spin-kubittien liittäminen kvanttipisteisiin ja luovuttajiin - kuumia, tiheitä ja koherentteja". npj Quantum Information 3, 34 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-017-0038-y

[65] M. Veldhorst, HGJ Eenink, CH Yang ja AS Dzurak. "Silicon CMOS -arkkitehtuuri spin-pohjaiselle kvanttitietokoneelle". Nature Communications 8, 1766 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-017-01905-6

[66] Ruoyu Li, Luca Petit, David P. Franke, et ai. "Poikkipalkkiverkko piikvanttipistekubiteille". Science Advances 4, eaar3960 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1126/​sciadv.abg9158

[67] JR Johansson, PD Nation ja Franco Nori. "Qutip 2: Python-kehys avoimien kvanttijärjestelmien dynamiikkaan". Computer Physics Communications 184, 1234–1240 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.cpc.2012.11.019

[68] Tameem Albash, Walter Vinci ja Daniel A. Lidar. "Simuloitu kvanttihehkutusvertailu all-to-all-yhteysmallien välillä". Phys. Rev. A 94, 022327 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.022327

[69] Fernando Pastawski ja John Preskill. "Koodatun kvanttihehkutuksen virheen korjaus". Phys. Rev. A 93, 052325 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.93.052325

[70] Anita Weidinger, Glen Bigan Mbeng ja Wolfgang Lechner. "Virheiden lieventäminen kvanttilikimääräiseen optimointiin" (2023). arXiv:2301.05042.
arXiv: 2301.05042

[71] Sergey Bravyi, David P. DiVincenzo ja Daniel Loss. "Schrieffer-Wolff-muunnos kvanttimonikehojärjestelmille". Annals of Physics 326, 2793–2826 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.aop.2011.06.004

Viitattu

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

[2] Sheir Yarkoni, Elena Raponi, Thomas Bäck ja Sebastian Schmitt, "Kvanttihehkutus teollisuussovelluksiin: esittely ja katsaus", Raportit fysiikan edistymisestä 85 10, 104001 (2022).

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

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

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

[6] Narendra N. Hegade, Koushik Paul, F. Albarrán-Arriagada, Xi Chen ja Enrique Solano, "Digitized adiabatic quantum factorization" Fyysinen tarkastelu A 104 5, L050403 (2021).

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

[8] R. Cumming ja T. Thomas, "Kvanttitietokoneen käyttäminen todellisen ongelman ratkaisemiseen – mitä voidaan saavuttaa tänään?", arXiv: 2211.13080, (2022).

Yllä olevat sitaatit ovat peräisin SAO: n ja NASA: n mainokset (viimeksi päivitetty onnistuneesti 2023-03-18 22:04:48). Lista voi olla puutteellinen, koska kaikki julkaisijat eivät tarjoa sopivia ja täydellisiä viittaustietoja.

On Crossrefin siteerattu palvelu tietoja teosten viittaamisesta ei löytynyt (viimeinen yritys 2023-03-18 22:04:47).

Tämä kirja on julkaistu Quantum - lehdessä Creative Commons Nimeäminen 4.0 Kansainvälinen (CC BY 4.0) lisenssin. Tekijänoikeudet säilyvät alkuperäisillä tekijänoikeuksien haltijoilla, kuten tekijöillä tai heidän instituutioillaan.

Aikaleima:

Lisää aiheesta Quantum Journal