論文の概要: Effects of XX-catalysts on quantum annealing spectra with perturbative crossings

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2203.06779v2
• Date: Mon, 13 Nov 2023 13:56:03 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-11-14 23:04:39.054726
• Title: Effects of XX-catalysts on quantum annealing spectra with perturbative crossings
• Title（参考訳）: 摂動交差を伴う量子アニールスペクトルに対するXX触媒の効果
• Authors: Natasha Feinstein, Louis Fry-Bouriaux, Sougato Bose, P. A. Warburton
• Abstract要約: 本研究では,非確率的なXXカップリングにより,回避レベル交差時のシステムサイズによるギャップを著しく低減できることを示す。 また, 触媒の存在によって基底状態ベクトルの進化が変化し, 基底状態ベクトルの負成分がギャップスペクトルの応答を理解するための鍵となることを明らかにする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: In adiabatic quantum annealing the required run-time to reach a given ground-state fidelity is dictated by the size of the minimum gap that appears between the ground and first excited state in the annealing spectrum. In general the presence of avoided level crossings demands an exponential increase in the annealing time with the system size which has consequences both for the efficiency of the algorithm and the required qubit coherence times. One promising avenue being explored to produce more favourable gap scaling is the introduction of non-stoquastic XX-couplings in the form of a catalyst - of particular interest are catalysts which utilise accessible information about the optimisation problem in their construction. Here we show extreme sensitivity of the effect of an XX-catalyst to subtle changes in the encoding of the optimisation problem. In particular, we observe that a targeted catalyst containing a single coupling at constant strength can significantly reduce the gap closing with system size at an avoided level crossing. For slightly different encodings of the same problems however, these same catalysts result in closing gaps in the annealing spectrum. To understand the origin of these closing gaps, we study how the evolution of the ground-state vector is altered by the presence of the catalyst and find that the negative components of the ground-state vector are key to understanding the response of the gap spectrum. We also consider how and when these closing gaps could be utilised in diabatic quantum annealing protocols - a promising alternative to adiabatic quantum annealing in which transitions to higher energy levels are exploited to reduce the run time of the algorithm.
• Abstract（参考訳）: 断熱量子アニーリングにおいて、与えられた基底状態の忠実度に達するために必要な実行時間は、アニーリングスペクトルの基底状態と第一励起状態との間の最小ギャップの大きさによって決定される。 一般に、回避されたレベル交差の存在は、アルゴリズムの効率と必要なqubitコヒーレンス時間の両方に影響を及ぼすシステムサイズによるアニーリング時間の指数関数的な増加を要求する。 より良好なギャップスケーリングを実現するために検討されている有望な道の1つは、触媒の形で非確率的なXXカップリングを導入することである。 ここでは、最適化問題の符号化の微妙な変化に対するXX触媒の効果の極端な感度を示す。 特に, 単一カップリングを一定強度で担持した触媒は, 回避レベル交差時のシステムサイズによるギャップ閉鎖を著しく低減できることがわかった。 しかし、同じ問題のわずかに異なるエンコーディングでは、これら同じ触媒がアニーリングスペクトルのギャップを閉じる結果となる。 これらの閉鎖ギャップの起源を理解するために,触媒の存在によって基底状態ベクトルの進化がどのように変化するかを検討し,基底状態ベクトルの負成分がギャップスペクトルの応答を理解する上で重要であることを発見した。 我々はまた、これらの閉ざされたギャップをダイアバティック量子アニーリングプロトコル(英語版)で利用し得る時と方法についても検討する - より高いエネルギーレベルへの遷移を利用してアルゴリズムの実行時間を短縮する、断熱量子アニーリングに代わる有望な方法である。

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