Apa itu Reverse Annealing?

Quantum Annealing, (pertanyaan terkait Quantum Annealing , atau terkait hamiltonian ) adalah proses yang digunakan dalam D-Waves 'Quantum Annealer, di mana lanskap energi dieksplorasi, untuk solusi yang berbeda, dan dengan menyetel Hamiltonian yang sesuai, nol ke kemungkinan optimal solusi untuk suatu masalah. Proses Quantum Annealing mengurangi "medan magnet transversal" di Hamilton, di samping efek kuantum lain seperti kuantum tunneling, belitan, dan superposisi, yang pada gilirannya semua memainkan peran dalam membidik ke "lembah" dari fungsi gelombang mekanika kuantum , di mana solusi "kemungkinan besar" terletak.

Proses Reverse Annealing, sangat singkat, adalah menggunakan metode klasik seperti Simulasi Annealing, untuk menemukan solusi, dan mengasah ke dalam lembah menggunakan Quantum Annealing. Jika Hamiltonian yang digunakan oleh Quantum Annealer sudah ada di "lembah", karena sedang melewati solusi di tempat pertama -Apakah mesin D-Wave mencapai "lembah" lain (solusi yang lebih baik?) Menggunakan Hamiltonian yang dilewatkan ke itu, di tempat pertama?

$N$

                                                $H_{initial} = |+\rangle_0 \otimes |+\rangle_1 ... \otimes |+\rangle_N$

$|+\rangle_i = \frac{1}{\sqrt{2}} (|0\rangle_i + |1\rangle_i)$

Jadi anggaplah Anda sudah menjalankan beberapa anil dengan pengaturan ini dan salah satu hasil berenergi rendah terlihat seperti solusi yang relatif baik (beberapa optima lokal) untuk masalah optimisasi Anda. Sampai diperkenalkannya fitur anil terbalik , sangat tidak mungkin untuk menggunakan solusi ini sebagai input untuk anil berikutnya untuk mengeksplorasi ruang lokal di sekitar solusi untuk bitstring dengan energi yang bahkan lebih rendah. Oleh karena itu, reverse annealing memungkinkan kita untuk menginisialisasi annealer kuantum dengan solusi (klasik) yang diketahui dan mencari ruang keadaan di sekitar optima lokal ini.

Saat menjelajahi lanskap energi (rumit) masalah optimasi yang rumit, Anda perlu menyeimbangkan eksplorasi global ruang negara dengan eksploitasi optima lokal. Dalam anil kuantum (Gelombang-D) tradisional, kita mulai dengan bidang melintang tinggi yang kemudian secara bertahap menurun seperti yang Anda gambarkan dalam pertanyaan Anda. Annealer kuantum D-Wave dengan demikian melakukan pencarian global (karena banyak tunneling kuantum) pada awal jadwal anil ketika bidang transversal kuat. Ketika bidang melintang semakin lemah, pencarian semakin lokal. Sebaliknya, membalikkan anil dimulai dengan solusi klasik yang ditentukan oleh pengguna, kemudian secara bertahap meningkatkan bidang transversal (backward annealing) untuk kemudian mengurangi bidang transversal lagi (forward annealing).

Ini memperkenalkan jarak pembalikan parameter baru yang menentukan seberapa jauh Anda ingin anil mundur (seberapa kuat seharusnya bidang transversal). D-Wave menerbitkan dua plot berikut dalam D-Wave Whitepaper ini :

Dalam plot kiri Anda dapat melihat bahwa jarak pembalikan adalah hiperparameter baru yang sangat penting karena nilainya menentukan probabilitas untuk memperoleh keadaan dasar baru (wilayah biru). Jika jarak pembalikan terlalu rendah, Anda akan mendapatkan status yang sama dengan yang Anda mulai (wilayah merah) yang tidak akan berguna. Dan tentu saja jika Anda membalikkan anil terlalu lama Anda pada dasarnya melakukan anil kuantum tradisional dan kehilangan informasi yang Anda mulai. Ingat bahwa terlalu banyak bidang melintang berarti kita melakukan pencarian global lagi!

Plot yang tepat pada dasarnya menunjukkan hal yang sama dengan memplot jarak Hamming terhadap jarak pembalikan dan kemungkinan mendapatkan keadaan dasar yang baru. Untuk masalah Anda saat ini, Anda ingin menemukan sweet spot itu (maksimal dari kurva merah). Untuk jarak pembalikan yang besar kita kembali melihat bahwa kita mendapatkan string solusi yang jauh dari keadaan awal kita dalam hal jarak Hamming.

Secara keseluruhan, reverse annealing adalah hal yang cukup baru dan sepengetahuan saya tidak ada makalah yang diterbitkan tentang efektivitasnya. Dalam Whitepaper mereka , D-Wave mengklaim generasi 'global optima baru hingga 150 kali lebih cepat daripada forward quantum annealing'.

Beberapa makalah di luar sana pada algoritma yang dapat dibangun menggunakan reverse annealing, http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1367-2630/aa59c4/meta dan https://arxiv.org/abs/1609.05875 ( perlu menunjukkan kerja sistem tertutup sebelumnya yang agak terkait: https://link.springer.com/article/10.1007/s11128-010-0168-z ). Sejauh hasil percobaan, saya pikir satu-satunya yang dapat dilihat secara publik pada saat penulisan adalah kertas putih yang diberikan dalam posting sebelumnya. Namun, akan ada beberapa karya baru yang dipresentasikan di AQC 2018 ( https://ti.arc.nasa.gov/events/aqc-18/ ) pada akhir Juni dan pembicaraan ini biasanya dilakukan online beberapa bulan setelah konferensi.