論文の概要: Validation and benchmarking of quantum annealing technology

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.03534v1
• Date: Wed, 6 Dec 2023 14:56:45 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-12-07 14:34:23.193156
• Title: Validation and benchmarking of quantum annealing technology
• Title（参考訳）: 量子アニーリング技術の検証とベンチマーク
• Authors: Konrad Ja{\l}owiecki
• Abstract要約: この論文は、量子アニールのベンチマークと検証の問題に焦点を当てている。 実世界の問題を解くための2つのアルゴリズムを提案し、それらが現在の世代の量子アニール上でどのように機能するかをテストする。
• 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 this thesis, we focus on the problem of validating and benchmarking quantum annealers. To this end, we propose two algorithms for solving real-world problems and test how they perform on the current generation of quantum annealers. The first algorithm allows for solving the dynamics of quantum systems (or, in fact, any dynamical systems). The second of the proposed algorithms is suitable for solving a particular family of railway dispatching problems. We assess the performance of those algorithms on the current generation of D-Wave quantum annealers with the assistance of two novel, classical strategies for solving an Ising model also presented in the thesis. The first, tensor network-based approach is a heuristic algorithm tailored for solving instances defined on Chimera-like graphs, thus making it ideal for providing a baseline with which the results from physical annealers can be compared. The other presented approach is a massively parallel implementation of the exhaustive (brute-force) search through the whole solution space. Although the brute-force approach is limited to moderate instance sizes, it has the advantage of being able to compute the low energy spectrum and certify the solutions. Our results suggest that present-day quantum annealers are able to solve a subset of the aforementioned problems. In particular, we show that the D-Wave annealers are capable of capturing the dynamics of a simple quantum system in a specific regime of parameters, and can be used to obtain good-quality solutions for instances of railway conflict management problems. Finally, our findings indicate that the current generation of D-Wave annealers is far from perfect. We discuss problem instances for which the annealers failed to find a good or even feasible solution. We also provide, where possible, a plausible explanation of why some of the presented problems might be hard for the annealers.
• Abstract（参考訳）: 本論文では,量子アニーラの検証とベンチマークの問題に焦点をあてる。 そこで本研究では,実世界の問題を解決するための2つのアルゴリズムを提案する。 第一のアルゴリズムは量子系の力学(あるいは実際に任意の力学系)を解くことができる。 提案アルゴリズムの2番目は,特定系統の鉄道送電問題を解くのに適している。 本論文で提示したイジングモデルを解くための2つの新しい古典的手法を用いて,現在のd波量子アニーラにおけるそれらのアルゴリズムの性能を評価する。 第一のテンソルネットワークベースのアプローチは、キメラのようなグラフ上で定義されたインスタンスを解決するために調整されたヒューリスティックなアルゴリズムであり、物理的なアニーラによる結果を比較することができるベースラインを提供するのに理想的である。 もう1つのアプローチは、全解空間における徹底的(ブルートフォース)探索の非常に並列な実装である。 brute-forceアプローチは中程度のインスタンスサイズに限定されているが、低エネルギースペクトルを計算し、解を証明できるという利点がある。 その結果、現在の量子アニーラは上記の問題のサブセットを解くことができることが示唆された。 特に,d-waveアニーラは,パラメータの特定の構造において単純な量子システムのダイナミクスを捉えることができ,鉄道紛争管理問題の良質な解を得るのに利用できることを示す。 最後に, 現状のD-Waveアニーラーは完璧には程遠いことが示唆された。 我々は,アニーラーズがよい解,あるいは実現可能な解を見つけられなかった問題事例について議論する。 我々はまた、可能であれば、提示された問題のいくつかがアニーラーにとって困難である理由について、合理的な説明を提供する。

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