論文の概要: Efficient algorithms to solve atom reconfiguration problems. II. The assignment-rerouting-ordering (aro) algorithm

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.05586v1
• Date: Sun, 11 Dec 2022 19:48:25 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-09 15:33:20.407583
• Title: Efficient algorithms to solve atom reconfiguration problems. II. The assignment-rerouting-ordering (aro) algorithm
• Title（参考訳）: 原子再構成問題を解決する効率的なアルゴリズム。 II。 assignment-rerouting-ordering (aro) アルゴリズム
• Authors: Remy El Sabeh, Jessica Bohm, Zhiqian Ding, Stephanie Maaz, Naomi Nishimura, Izzat El Hajj, Amer E. Mouawad and Alexandre Cooper
• Abstract要約: 原子再構成問題は原子の問題を迅速かつ効率的に解く必要がある。 原子再構成問題を解決する典型的なアプローチは、どの原子をどのトラップに移動させるかを決定する代入アルゴリズムを使用することである。 このアプローチは、置換原子の数や各原子が置換される回数を最適化しない。 原子再構成問題の解法において,代入型アルゴリズムの性能を向上させるために,代入型順序付けアルゴリズム(aro)を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 51.02512563152503
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Programmable arrays of optical traps enable the assembly of configurations of single atoms to perform controlled experiments on quantum many-body systems. Finding the sequence of control operations to transform an arbitrary configuration of atoms into a predetermined one requires solving an atom reconfiguration problem quickly and efficiently. A typical approach to solve atom reconfiguration problems is to use an assignment algorithm to determine which atoms to move to which traps. This approach results in control protocols that exactly minimize the number of displacement operations; however, this approach does not optimize for the number of displaced atoms nor the number of times each atom is displaced, resulting in unnecessary control operations that increase the execution time and failure rate of the control protocol. In this work, we propose the assignment-rerouting-ordering (aro) algorithm to improve the performance of assignment-based algorithms in solving atom reconfiguration problems. The aro algorithm uses an assignment subroutine to minimize the total distance traveled by all atoms, a rerouting subroutine to reduce the number of displaced atoms, and an ordering subroutine to guarantee that each atom is displaced at most once. The ordering subroutine relies on the existence of a partial ordering of moves that can be obtained using a polynomial-time algorithm that we introduce within the formal framework of graph theory. We numerically quantify the performance of the aro algorithm in the presence and in the absence of loss, and show that it outperforms the exact, approximation, and heuristic algorithms that we use as benchmarks. Our results are useful for assembling large configurations of atoms with high success probability and fast preparation time, as well as for designing and benchmarking novel atom reconfiguration algorithms.
• Abstract（参考訳）: プログラム可能な光トラップの配列は、単一原子の構成の組み立てにより、量子多体系の制御実験を行うことができる。 任意の原子構成を所定の原子に変換する制御操作のシーケンスを見つけるには、原子再構成問題を迅速かつ効率的に解く必要がある。 原子再構成問題を解決する典型的なアプローチは、どのトラップに移動する原子を決定するために割り当てアルゴリズムを使用することである。 このアプローチは、変位操作数を正確に最小化する制御プロトコルをもたらすが、置換された原子の数や各原子の変位回数を最適化しないため、制御プロトコルの実行時間と故障率を増加させる不必要な制御操作となる。 本研究では、原子再構成問題の解法において、代入に基づくアルゴリズムの性能を向上させるために、代入順序付けアルゴリズム(aro)を提案する。 アロアルゴリズムは、全ての原子が移動する全距離を最小にするために割り当てサブルーチン、置換された原子の数を減らすためにリルーチンサブルーチン、各原子が最大1回ずれることを保証するために注文サブルーチンを使用する。 順序付けサブルーチンは、グラフ理論の形式的枠組みの中で導入する多項式時間アルゴリズムを用いて得られる動きの部分順序付けの存在に依存している。 我々は,アロアルゴリズムの損失の有無と存在の有無を数値的に定量化し,ベンチマークとして使用する精度,近似,ヒューリスティックアルゴリズムよりも優れていることを示す。 この結果は、高い成功確率と高速な準備時間を持つ原子の大規模な構成と、新しい原子再構成アルゴリズムの設計とベンチマークに有用である。

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