論文の概要: Universal Quantum Optimization with Cold Atoms in an Optical Cavity
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.16943v1
- Date: Thu, 29 Jun 2023 13:42:19 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-06-30 13:07:14.259988
- Title: Universal Quantum Optimization with Cold Atoms in an Optical Cavity
- Title（参考訳）: 寒冷原子を用いた光キャビティの普遍量子最適化
- Authors: Meng Ye, Ye Tian, Jian Lin, Yuchen Luo, Jiaqi You, Jiazhong Hu, Wenjun
Zhang, Wenlan Chen, Xiaopeng Li
- Abstract要約: 原子空洞系は任意の接続性を持つ量子最適化に普遍的であることを示す。
単一モードキャビティを考慮し、原子に対する工学的量子ハミルトニアンが直接数分割問題を符号化するラマンカップリング方式を開発する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 14.568979066292918
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
- Abstract: Cold atoms in an optical cavity have been widely used for quantum simulations
of many-body physics, where the quantum control capability has been advancing
rapidly in recent years. Here, we show the atom cavity system is universal for
quantum optimization with arbitrary connectivity. We consider a single-mode
cavity and develop a Raman coupling scheme by which the engineered quantum
Hamiltonian for atoms directly encodes number partition problems (NPPs). The
programmability is introduced by placing the atoms at different positions in
the cavity with optical tweezers. The NPP solution is encoded in the ground
state of atomic qubits coupled through a photonic cavity mode, that can be
reached by adiabatic quantum computing (AQC). We construct an explicit mapping
for the 3-SAT and vertex cover problems to be efficiently encoded by the cavity
system, which costs linear overhead in the number of atomic qubits. The atom
cavity encoding is further extended to quadratic unconstrained binary
optimization (QUBO) problems. The encoding protocol is optimal in the cost of
atom number scaling with the number of binary degrees of freedom of the
computation problem. Our theory implies the atom cavity system is a promising
quantum optimization platform searching for practical quantum advantage.
- Abstract（参考訳）: 光キャビティ内の低温原子は、近年量子制御能力が急速に進歩している多体物理学の量子シミュレーションに広く利用されている。
ここでは、原子空洞系が任意の接続性を持つ量子最適化に普遍的であることを示す。
単一モードキャビティを考慮し、原子に対する工学的量子ハミルトニアンが数値分割問題(NPP)を直接符号化するラマンカップリング方式を開発する。
原子をキャビティ内の異なる位置に光学式ツイーザーで配置することにより、プログラム性がもたらされる。
NPP溶液は、フォトニックキャビティモードを介して結合された原子量子ビットの基底状態に符号化され、断熱量子コンピューティング(AQC)によって到達できる。
3satおよび頂点被覆問題の明示的なマッピングをキャビティシステムによって効率的に符号化し、原子量量子ビットの線形オーバーヘッドを負うように構成する。
原子空洞符号化はさらに2次非拘束バイナリ最適化(QUBO)問題に拡張される。
符号化プロトコルは、計算問題の2進数自由度数で、原子数スケーリングのコストにおいて最適である。
この理論は、原子空洞系は実用的な量子優位を求める有望な量子最適化プラットフォームであることを示唆している。
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