論文の概要: Efficient sampling of ground and low-energy Ising spin configurations
with a coherent Ising machine
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2103.05629v2
- Date: Fri, 28 Jan 2022 02:02:30 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-08 15:40:15.769455
- Title: Efficient sampling of ground and low-energy Ising spin configurations
with a coherent Ising machine
- Title（参考訳）: コヒーレントイジングマシンによる地中・低エネルギーイジングスピン配置の効率的なサンプリング
- Authors: Edwin Ng, Tatsuhiro Onodera, Satoshi Kako, Peter L. McMahon, Hideo
Mabuchi, Yoshihisa Yamamoto
- Abstract要約: 測定フィードバックに基づくコヒーレントイジングマシンの非線形ダイナミクスを, 地中および低エネルギースピン構成に活用できることが示される。
我々は,MFB-CIMの一般離散時間ガウス状態モデルを定式化し,システムしきい値上に存在する非線形ダイナミクスを忠実に捉える。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.4221284461126298
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We show that the nonlinear stochastic dynamics of a
measurement-feedback-based coherent Ising machine (MFB-CIM) in the presence of
quantum noise can be exploited to sample degenerate ground and low-energy spin
configurations of the Ising model. We formulate a general discrete-time
Gaussian-state model of the MFB-CIM which faithfully captures the nonlinear
dynamics present at and above system threshold. This model overcomes the
limitations of both mean-field models, which neglect quantum noise, and
continuous-time models, which assume long photon lifetimes. Numerical
simulations of our model show that when the MFB-CIM is operated in a
quantum-noise-dominated regime with short photon lifetimes (i.e., low cavity
finesse), homodyne monitoring of the system can efficiently produce samples of
low-energy Ising spin configurations, requiring many fewer roundtrips to sample
than suggested by established high-finesse, continuous-time models. We find
that sampling performance is robust to, or even improved by, turning off or
altogether reversing the sign of the parametric drive, but performance is
critically reduced in the absence of optical nonlinearity. For the class of
MAX-CUT problems with binary-signed edge weights, the number of roundtrips
sufficient to fully sample all spin configurations up to the first-excited
Ising energy, including all degeneracies, scales as $1.08^N$. At a problem size
of $N = 100$ with a few dozen (median of 20) such desired configurations per
instance, we have found median sufficient sampling times of $6\times10^6$
roundtrips; in an experimental implementation of an MFB-CIM with a 10 GHz
repetition rate, this corresponds to a wall-clock sampling time of 60 ms.
- Abstract（参考訳）: 量子ノイズの存在下での計測フィードバック型コヒーレントイジングマシン(mfb-cim)の非線形確率ダイナミクスを,イジングモデルの縮退グラウンドおよび低エネルギースピン配置のサンプルに活用できることを示す。
我々は,MFB-CIMの一般離散時間ガウス状態モデルを定式化し,システム閾値以上の非線形ダイナミクスを忠実に捉える。
このモデルは、量子ノイズを無視する平均場モデルと、長い光子寿命を仮定する連続時間モデルの両方の限界を克服する。
このモデルの数値シミュレーションにより、mfb-cimが短い光子寿命(すなわち低空洞細さ)を持つ量子ノイズ支配状態で動作している場合、ホモダインモニタリングは低エネルギーイジングスピン配置のサンプルを効率的に生成することができ、確立された高精細連続時間モデルによって提案されるよりも多くのラウンドトリップを必要とすることが示された。
サンプリング性能は、パラメトリックドライブの符号をオフにしたり、完全に反転させたりすることで堅牢である、あるいは改善されているが、光学非線形性がない場合には性能が著しく低下する。
二項符号のエッジ重みを持つMAX-CUT問題のクラスでは、すべての縮退を含む最初の励起イジングエネルギーまでの全スピン配置を十分にサンプリングするのに十分なラウンドトリップの数は1.08^N$までスケールする。
問題サイズのn = 100$ 数十 (中20) のインスタンス毎の所望の構成では、平均的な十分なサンプリング時間は6\times10^6$ ラウンドトリップであり、10ghzの繰り返しレートを持つmfb-cimの実験的な実装では、ウォールクロックのサンプリング時間は60msである。
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