論文の概要: Frustration elimination for effective optical spins in coherent Ising machines

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.15090v1
• Date: Fri, 23 Feb 2024 04:27:33 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-02-26 15:38:53.767179
• Title: Frustration elimination for effective optical spins in coherent Ising machines
• Title（参考訳）: コヒーレントアイシングマシンにおける有効光スピンのフラストレーション除去
• Authors: Zheng-Yang Zhou, Clemens Gneiting, J. Q. You, and Franco Nori
• Abstract要約: フラストレーションはスピン系における多くの基本的な性質の複雑さの基盤となる。 コヒーレントイジングマシン (CIM) は有望なアナログ計算手法として提案されている。 フラストレーションのないCIM構成に、Isingモデルがどのようにマッピングできるかを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.015029887580199
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Frustration, that is, the impossibility to satisfy the energetic preferences between all spin pairs simultaneously, underlies the complexity of many fundamental properties in spin systems, including the computational hardness to determine their ground states. Coherent Ising machines (CIM) have been proposed as a promising analog computational approach to efficiently find different degenerate ground states of large and complex Ising models. However, CIMs also face challenges in solving frustrated Ising models: Frustration not only reduces the probability to find good solutions, but it also prohibits to leverage quantum effects in doing so. To circumvent these detrimental effects of frustration, we show how frustrated Ising models can be mapped to frustration-free CIM configurations by including ancillary modes and modifying the coupling protocol used in current CIM designs. In our proposal, degenerate optical parametric oscillator (DOPO) modes encode the ground state candidates of the studied Ising model, while the ancillary modes enable the autonomous transformation to a frustration-free Ising model that preserves the ground states encoded in the DOPO modes. Such frustration elimination may empower current CIMs to improve precision and to benefit from quantum effects in dealing with frustrated Ising models.
• Abstract（参考訳）: すなわち、すべてのスピン対間のエネルギー的選好を同時に満たすことができないというフラストレーションは、その基底状態を決定する計算硬度を含むスピン系の多くの基本的な性質の複雑さの根底にある。 コヒーレントイジングマシン(cim)は、大規模で複雑なイジングモデルの異なる退化基底状態を効率的に見つけるための、有望なアナログ計算手法として提案されている。 しかし、CIMはフラストレーションのあるIsingモデルの解決にも課題に直面している: フラストレーションは良い解を見つける確率を減らすだけでなく、それを行う際の量子効果の活用も禁止している。 フラストレーションによるこれらの有害な影響を回避するため, フラストレーションのないIsingモデルが, 現在のCIM設計で用いられる結合プロトコルを改良して, フラストレーションのないCIM構成にどのようにマッピングできるかを示す。 提案では,退化光パラメトリック発振器(dopo)モードは検討したイジングモデルの基底状態候補を符号化し,補助モードはドポモードに符号化された基底状態を保存するフラストレーションフリーイジングモデルへの自律変換を可能にする。 このようなフラストレーション除去は、現在のCIMに精度の向上とフラストレーションのあるイジングモデルを扱う際の量子効果の恩恵を与える可能性がある。

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