論文の概要: Quantum Annealing Inspired Algorithms for Track Reconstruction at High Energy Colliders

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.14718v1
• Date: Thu, 22 Feb 2024 17:19:03 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-02-23 14:26:51.561198
• Title: Quantum Annealing Inspired Algorithms for Track Reconstruction at High Energy Colliders
• Title（参考訳）: 高エネルギー衝突型加速器におけるトラック再構成のための量子アニールインスパイアアルゴリズム
• Authors: Hideki Okawa, Qing-Guo Zeng, Xian-Zhe Tao, Man-Hong Yung
• Abstract要約: トラック再構成は二次的制約のない2進最適化問題として定式化することができる。 本研究では,シミュレートされた分岐アルゴリズムを用いて粒子追跡問題の解法を提案する。
• 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: Charged particle reconstruction or track reconstruction is one of the most crucial components of pattern recognition in high energy collider physics. It is known for enormous consumption of the computing resources, especially when the particle multiplicity is high. This would indeed be the conditions at future colliders such as the High Luminosity Large Hadron Collider and Super Proton Proton Collider. Track reconstruction can be formulated as a quadratic unconstrained binary optimization (QUBO) problem, for which various quantum algorithms have been investigated and evaluated with both the quantum simulator and hardware. Simulated bifurcation algorithms are a set of quantum annealing inspired algorithms, and are serious competitors to the quantum annealing, other Ising machines and their classical counterparts. In this study, we show that the simulated bifurcation algorithms can be employed for solving the particle tracking problem. As the simulated bifurcation algorithms run on classical computers and are suitable for parallel processing and usage of the graphical processing units, they can handle significantly large data at high speed. These algorithms exhibit compatible or sometimes improved reconstruction efficiency and purity than the simulated annealing, but the running time can be reduced by as much as four orders of magnitude. These results suggest that QUBO models together with the quantum annealing inspired algorithms are valuable for the current and future particle tracking problems.
• Abstract（参考訳）: 荷電粒子再構成や軌道再構成は、高エネルギーコライダー物理学におけるパターン認識の最も重要な要素の1つである。 計算資源の膨大な消費で知られており、特に粒子乗数が高い場合である。 これは、高輝度大型ハドロン衝突型加速器やスーパープロトン陽子衝突型加速器のような将来の衝突機の条件である。 トラック再構成は2次非拘束バイナリ最適化(QUBO)問題として定式化することができ、様々な量子アルゴリズムが量子シミュレータとハードウェアの両方で検討・評価されている。 シミュレート分岐アルゴリズムは量子アニーリングにインスパイアされたアルゴリズムのセットであり、量子アニーリングや他のイジングマシンやそれらの古典的なアルゴリズムと真剣な競合関係にある。 本研究では,シミュレートされた分岐アルゴリズムを用いて粒子追跡問題の解法を提案する。 シミュレーションされた分岐アルゴリズムは古典的コンピュータ上で動作し、グラフィカル処理ユニットの並列処理や使用に適しているため、非常に大きなデータを高速に処理することができる。 これらのアルゴリズムは、再現効率と純度をシミュレートしたアニールよりも向上させるが、実行時間を最大4桁まで短縮することができる。 これらの結果から,QUBOモデルと量子アニールインスパイアされたアルゴリズムは,現在および将来の粒子追跡問題に有用であることが示唆された。

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