Apa tepatnya anil kuantum?

Banyak orang tertarik pada subjek anil kuantum, sebagai aplikasi teknologi kuantum, paling tidak karena pekerjaan D-WAVE pada subjek. The artikel Wikipedia pada anil kuantum berarti bahwa jika salah satu melakukan 'anil' cukup lambat, orang menyadari (bentuk spesifik dari) komputasi kuantum adiabatik. Anil kuantum tampaknya berbeda sebagian besar karena tampaknya tidak mengandaikan melakukan evolusi dalam rezim adiabatik - ini memungkinkan untuk kemungkinan transisi diabetes.

Namun, tampaknya ada lebih banyak intuisi yang bermain dengan anil kuantum daripada hanya "perhitungan adiabatik dilakukan dengan tergesa-gesa". Tampaknya seseorang secara khusus memilih Hamiltonian awal yang terdiri dari bidang melintang, dan bahwa ini secara khusus dimaksudkan untuk memungkinkan efek tunneling dalam lanskap energi (seperti yang dijelaskan dalam basis standar, seseorang mengandaikan). Ini dikatakan analog dengan (mungkin bahkan untuk secara umum menggeneralisasi?) Suhu dalam anil simulasi klasik. Ini menimbulkan pertanyaan apakah anil kuantum pra-mengandaikan fitur-fitur seperti bidang transversal awal, interpolasi linier antara orang Hamilton, dan sebagainya; dan apakah kondisi ini dapat diperbaiki agar dapat membuat perbandingan yang tepat dengan anil klasik.

• Apakah ada anggapan yang lebih atau kurang formal tentang apa yang terdiri dari anil kuantum, yang akan memungkinkan seseorang untuk menunjuk pada sesuatu dan mengatakan "ini adalah anil kuantum" atau "ini bukan anil kuantum" karena ini melibatkan beberapa fitur tambahan atau kekurangan. beberapa fitur penting] "?

• Atau: dapat anil kuantum dijelaskan dalam referensi ke beberapa kerangka kanonik - mungkin mengacu pada salah satu makalah yang berasal, seperti Phys. Rev. E 58 (5355), 1998 [ PDF tersedia gratis di sini ] - bersama dengan beberapa variasi tipikal yang diterima sebagai juga contoh dari anil kuantum?

• Apakah setidaknya ada deskripsi yang cukup tepat sehingga kita dapat mengatakan bahwa anil kuantum secara umum generalisasi anil simulasi simultan, bukan dengan "bekerja lebih baik dalam praktik", atau "bekerja lebih baik dalam kondisi X, Y, dan Z", tetapi secara spesifik dalam arti bahwa setiap prosedur anil simulasi klasik dapat disimulasikan secara efisien atau dapat dibuktikan melampaui oleh prosedur anil kuantum tanpa suara (seperti halnya sirkuit kesatuan dapat mensimulasikan algoritma acak)?

Saya akan melakukan yang terbaik untuk mengatasi tiga poin Anda.

Jawaban saya sebelumnya untuk pertanyaan sebelumnya tentang perbedaan antara komputasi kuantum anil dan kuantum adiabatik dapat ditemukan di sini . Saya setuju dengan Lidar bahwa anil kuantum tidak dapat didefinisikan tanpa pertimbangan algoritma dan perangkat keras.

Yang sedang berkata, kerangka kanonik untuk anil kuantum dan inspirasi untuk D-Wave adalah karya Farhi et al. ( quant-ph / 0001106 ).

Akhirnya, saya tidak yakin orang dapat menggeneralisasi anil simulasi klasik menggunakan anil kuantum, lagi tanpa membahas perangkat keras. Berikut perbandingan menyeluruh: 1304.4595 .

Mengomentari komentar:

(1) Saya melihat jawaban Anda sebelumnya, tetapi tidak mengerti maksud Anda di sini. Tidak apa-apa jika QA tidak bersifat universal, dan tidak memiliki kinerja yang dapat dibuktikan untuk menyelesaikan masalah, dan agar ini dimotivasi oleh kendala perangkat keras; tetapi pasti anil kuantum adalah sesuatu yang independen dari perangkat keras atau instance tertentu, atau tidak masuk akal untuk memberinya nama.

(2) Anda menghubungkan kertas AQC, bersama dengan kutipan oleh Vinci dan Lidar, sangat menyarankan bahwa QA hanyalah evolusi adiabatik-ish dalam rezim yang tidak harus adiabatik. Apakah itu pada dasarnya benar? Apakah ini benar terlepas dari apa Hamiltonian awal dan akhir, atau jalur apa yang Anda lacak melalui ruang Hamiltonian, atau parameterisasi sehubungan dengan waktu? Jika ada kendala tambahan di luar "perhitungan adiabatik-ish yang mungkin agak tergesa-gesa", kendala apa itu, dan mengapa mereka dianggap penting untuk model?

(1 + 2) Mirip dengan AQC, QA mengurangi medan magnet transversal Hamiltonian, namun, prosesnya tidak lagi adiabatik dan tergantung pada qubit dan tingkat kebisingan mesin. Hamiltonians awal disebut pengukur dalam bahasa D-Wave dan bisa sederhana atau rumit selama Anda tahu keadaan dasarnya. Adapun 'parameterisasi sehubungan dengan waktu,' saya pikir maksud Anda jadwal anil dan sebagaimana dinyatakan di atas ini adalah kendala perangkat keras terbatas.

(3) Saya juga tidak melihat mengapa perangkat keras diperlukan untuk menggambarkan perbandingan dengan annealing simulasi klasik. Jangan ragu untuk berasumsi bahwa Anda memiliki perangkat keras sempurna dengan konektivitas yang berubah-ubah: tentukan anil kuantum seperti yang Anda bayangkan seorang ahli matematika dapat menentukan anil, bebas dari detail yang mengganggu; dan pertimbangkan realisasi tertentu dari anil kuantum sebagai upaya untuk memperkirakan kondisi model murni itu, tetapi melibatkan kompromi yang terpaksa dilakukan oleh seorang insinyur karena harus berhadapan dengan dunia nyata. Apakah tidak mungkin membuat perbandingan?

Satu-satunya hubungan annealing simulasi klasik dengan anil kuantum adalah keduanya memiliki annealing dalam namanya. Hamiltonians dan prosesnya pada dasarnya berbeda.

Namun, jika Anda ingin membandingkan anil kuantum simulasi dengan anil kuantum, kelompok Troyer di ETH adalah pro ketika datang ke anil simulasi kuantum. Saya sangat merekomendasikan slide ini sebagian besar didasarkan pada Boxio et al. kertas yang saya tautkan di atas.

Kinerja anil simulasi, anil kuantum tersimulasi dan D-Wave pada instance hard spin glass - Troyer (PDF)

(4) Komentar Anda tentang Hamiltonian awal berguna dan menyarankan sesuatu yang sangat umum bersembunyi di latar belakang. Mungkin jadwal arbitrer (tetapi dapat dihitung secara efisien, monoton, dan dapat dibedakan pertama) juga dapat diterima secara prinsip, dengan batasan hanya timbul dari kendala arsitektur, dan tentu saja juga tujuannya untuk mendapatkan hasil yang bermanfaat?

Saya tidak yakin apa yang Anda minta. Apakah jadwal sewenang-wenang bermanfaat? Saya tidak terbiasa dengan pekerjaan pada jadwal anil sewenang-wenang. Pada prinsipnya, bidang harus bergerak dari tinggi ke rendah, cukup lambat untuk menghindari transisi Landau-Zener dan cukup cepat untuk mempertahankan efek kuantum qubit.

Terkait; Iterasi terbaru dari D-Wave dapat melakukan anil terhadap qubit individu pada tingkat yang berbeda, tetapi saya tidak mengetahui adanya studi tidak terafiliasi D-Wave di mana ini telah dilaksanakan.

DWave - Meningkatkan kinerja anjak bilangan bulat melalui offset anil kuantum (PDF)

(5) Mungkin ada sedikit perbedaan antara Hamiltonian di QA dan CSA dari yang Anda sarankan. jelas diperoleh dari untuk jika Anda memaksakan pembatasan ke status basis standar (yang mungkin jinak jika non-degenerate dan diagonal). Jelas ada perbedaan dalam 'transisi', di mana QA tampaknya bergantung pada intuisi sugestif dari tunneling / quasiadiabaticity, tapi mungkin ini bisa (atau sudah?) Dibuat tepat dengan perbandingan teoritis QA dengan berjalan kuantum. Apakah tidak ada pekerjaan ke arah ini?$H_{cl}$$H_{qm}$$A(t)=1,B(t)=0$$H_{qm}$

$A(t)=1,B(t)=0$ Dengan jadwal ini Anda tidak lagi melakukan anil. Mesin itu hanya duduk di sana pada suhu yang terbatas sehingga satu-satunya transisi yang akan Anda dapatkan adalah yang termal. Ini bisa sedikit berguna seperti yang ditunjukkan oleh Nishimura et al. Publikasi berikut membahas tentang penggunaan bidang transversal yang tidak lenyap.

arXiv: 1605.03303

arXiv: 1708.00236

Mengenai hubungan anil kuantum dengan kuantum berjalan. Dimungkinkan untuk memperlakukan anil kuantum dengan cara ini seperti yang ditunjukkan oleh Kanselir.

arXiv: 1606.06800

(6) Satu hal di mana saya kira perangkat keras dapat memainkan peran penting --- tetapi yang belum Anda sebutkan secara eksplisit --- adalah peran disipasi ke bak mandi, yang sekarang saya samar-samar ingat relevan dengan DWAVE. Mengutip dari Boixo et al .: "Tidak seperti komputasi kuantum adiabatik [...] anil kuantum adalah metode suhu positif yang melibatkan sistem kuantum terbuka yang digabungkan ke pemandian termal." Jelas, apa yang diharapkan oleh coupling bath dalam sistem tertentu bergantung pada perangkat keras; tetapi apakah tidak ada gagasan tentang apa yang perlu dipertimbangkan untuk pemandian hipotetis untuk annealer hipotetis?

Saya tidak cukup tahu tentang aspek perangkat keras untuk menjawab ini, tetapi jika saya harus menebak, semakin rendah suhu semakin baik untuk menghindari semua masalah yang berhubungan dengan kebisingan.

Anda berkata, "Pada prinsipnya, lapangan harus bergerak dari tinggi ke rendah, cukup lambat untuk menghindari transisi Landau-Zener dan cukup cepat untuk mempertahankan efek kuantum qubit." Ini hal yang bermanfaat untuk dilakukan, tetapi biasanya Anda tidak tahu seberapa lambat itu bisa atau seharusnya terjadi, bukan?

Ini akan menjadi waktu koherensi para qubit. Jadwal anil D-Wave berada di urutan mikrodetik dengan T2 untuk qubit superkonduktor sekitar 100 mikrodetik. Jika saya harus memberikan definisi definitif dari jadwal anil, itu akan menjadi 'evolusi bidang transversal dalam jangka waktu kurang dari waktu dekoherensi implementasi qubit.' Ini memungkinkan untuk berbagai kekuatan awal, jeda, dan pembacaan kekuatan bidang. Itu tidak harus monoton.

Saya pikir mungkin pembuangan ke kamar mandi kadang-kadang dianggap bermanfaat untuk bagaimana kerja annealer kuantum, ketika beroperasi dalam rezim non-adiabatik (seperti yang sering terjadi ketika bekerja pada masalah NP-hard, karena kami tertarik untuk mendapatkan jawaban untuk masalah meskipun kesenjangan nilai eigen mungkin sangat kecil). Apakah pemborosan tidak berpotensi membantu?

Saya berkonsultasi dengan S. Mandra dan sementara dia menunjuk saya ke beberapa makalah oleh P. Love dan M. Amin, yang menunjukkan bahwa pemandian tertentu dapat mempercepat anil kuantum dan termalisasi dapat membantu menemukan keadaan dasar lebih cepat.

arXiv: cond-mat / 0609332

Saya pikir mungkin jika kita bisa mendapatkan kebingungan tentang jadwal anil, dan apakah transisi harus sepanjang interpolasi liner antara dua Hamiltonians (sebagai lawan dari lintasan yang lebih rumit), ...

$A(t)$$B(t)$

DWave - Arah Perangkat Keras Masa Depan dari Quantum Annealing (PDF)

Jangan ragu untuk menyingkat respons ini sesuka Anda. Terima kasih.