論文の概要: Quantum Annealing Algorithms for Estimating Ising Partition Functions
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.21666v1
- Date: Wed, 30 Apr 2025 14:09:40 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-09 18:28:26.944177
- Title: Quantum Annealing Algorithms for Estimating Ising Partition Functions
- Title（参考訳）: 等分割関数推定のための量子アニーリングアルゴリズム
- Authors: Haowei Li, Zhiyuan Yao, Xingze Qiu,
- Abstract要約: イジングスピングラスの分割関数の推定は、統計物理学、最適化、機械学習において重要である。
この研究は量子力学を計算複雑性で橋渡しし、スピングラス熱力学における量子優位性への実践的な経路を提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.8311048083168657
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Estimating partition functions of Ising spin glasses is crucial in statistical physics, optimization, and machine learning, yet remains classically intractable due to its #P-hard complexity. While Jarzynski's equality offers a theoretical approach, it becomes unreliable at low temperatures due to rare divergent statistical fluctuations. Here, we present a protocol that overcomes this limitation by synergizing reverse quantum annealing with tailored nonequilibrium initial distributions. Our method can dramatically suppress the estimator variance, achieving saturation in the low-temperature regime. Numerical benchmarks on the Sherrington-Kirkpatrick spin glass and the 3-SAT problem demonstrate that our protocol reduces scaling exponents by over an order of magnitude (e.g., from ~8.5 to ~0.5), despite retaining exponential system-size dependences. Crucially, our protocol circumvents stringent adiabatic constraints, making it feasible for near-term quantum devices like superconducting qubits, trapped ions, and Rydberg atom arrays. This work bridges quantum dynamics with computational complexity, offering a practical pathway to quantum advantage in spin glass thermodynamics and beyond.
- Abstract（参考訳）: イジングスピングラスの分割関数の推定は、統計物理学、最適化、機械学習において重要であるが、#Pハードの複雑さのため古典的には難解である。
ジャージンスキーの等式は理論的なアプローチを提供するが、稀に発散する統計的変動により低温では信頼性が低下する。
ここでは、逆量子アニールと調整された非平衡初期分布を相乗化することにより、この制限を克服するプロトコルを提案する。
本手法は, 温度変動を劇的に抑制し, 低温条件下での飽和を実現する。
シェリントン・カークパトリック・スピングラスの数値ベンチマークと3SAT問題により,指数的システムサイズ依存を保ちながら,我々のプロトコルは指数関数を1桁以上(例:8.5から0.5まで)削減することを示した。
このプロトコルは, 超伝導量子ビット, 閉じ込められたイオン, ライドバーグ原子配列など, 短期的な量子デバイスに対して, 厳密な断熱的制約を回避できる。
この研究は量子力学を計算複雑性で橋渡しし、スピングラス熱力学などにおける量子優位性への実践的な経路を提供する。
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