論文の概要: Folding lattice proteins with quantum annealing
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2205.06084v2
- Date: Wed, 12 Oct 2022 10:31:55 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-13 09:38:28.281872
- Title: Folding lattice proteins with quantum annealing
- Title（参考訳）: 量子アニーリングによる折り畳み格子タンパク質
- Authors: Anders Irb\"ack, Lucas Knuthson, Sandipan Mohanty and Carsten Peterson
- Abstract要約: 量子アニールに適した格子タンパク質折り畳みのための新しいスピン表現法を開発した。
我々の符号化では、設計によるハミルトニアンはイジング型アニーラーの計算に必要となる二次構造を持つ。
以上の結果から,HP チェーンを100%のヒット率で最大$N=30$ビーズとした。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum annealing is a promising approach for obtaining good approximate
solutions to difficult optimization problems. Folding a protein sequence into
its minimum-energy structure represents such a problem. For testing new
algorithms and technologies for this task, the minimal lattice-based HP model
is well suited, as it represents a considerable challenge despite its
simplicity. The HP model has favorable interactions between adjacent, not
directly bound hydrophobic residues. Here, we develop a novel spin
representation for lattice protein folding tailored for quantum annealing. With
a distributed encoding onto the lattice, it differs from earlier attempts to
fold lattice proteins on quantum annealers, which were based upon chain growth
techniques. With our encoding, the Hamiltonian by design has the quadratic
structure required for calculations on an Ising-type annealer, without having
to introduce any auxiliary spin variables. This property greatly facilitates
the study of long chains. The approach is robust to changes in the parameters
required to constrain the spin system to chain-like configurations, and
performs very well in terms of solution quality. The results are evaluated
against existing exact results for HP chains with up to $N=30$ beads with 100%
hit rate, thereby also outperforming classical simulated annealing. In
addition, the method allows us to recover the lowest known energies for $N=48$
and $N=64$ HP chains, with similar hit rates. These results are obtained by the
commonly used hybrid quantum-classical approach. For pure quantum annealing,
our method successfully folds an $N=14$ HP chain. The calculations were
performed on a D-Wave Advantage quantum annealer.
- Abstract（参考訳）: 量子アニーリングは、難しい最適化問題に対する良い近似解を得るための有望なアプローチである。
タンパク質配列をその最小エネルギー構造に固定することはそのような問題を表す。
このタスクのために新しいアルゴリズムや技術をテストする場合、最小限の格子ベースのHPモデルには適している。
HPモデルは、疎水性残基を直接結合しない隣り合う相互作用が好ましい。
本稿では,量子アニーリング用に調整された格子タンパク質の新規なスピン表現法を開発した。
格子上に分散エンコードすることで、連鎖成長技術に基づく量子アニール上に格子タンパク質を折り畳む以前の試みとは異なる。
我々の符号化では、設計によるハミルトニアンは補助スピン変数を導入することなくイジン型アニールの計算に必要な二次構造を持つ。
この性質は長い鎖の研究を大いに促進する。
このアプローチは、スピン系をチェーンのような構成に制約するために必要なパラメータの変化に対して堅牢であり、ソリューションの品質の点で非常によく機能する。
以上の結果から, 従来のHPチェーンを100%のヒットレートで最大$N=30$ビーズで評価し, 従来のシミュレートアニールよりも優れた結果を得た。
さらに、この手法により、N=48$およびN=64$HPチェーンの最小エネルギーを、同様のヒットレートで回復することができる。
これらの結果は、一般的に用いられるハイブリッド量子古典的手法によって得られる。
純量子アニール法では,N=14$HPチェーンの折り畳みに成功した。
計算はd-wave advantage quantum annealer上で行われた。
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