論文の概要: Distinguishing thermal versus quantum annealing using probability-flux signatures across interaction networks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.16457v1
• Date: Thu, 20 Nov 2025 15:23:53 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-21 17:08:52.694285
• Title: Distinguishing thermal versus quantum annealing using probability-flux signatures across interaction networks
• Title（参考訳）: 相互作用ネットワーク間の確率-流束シグネチャを用いた熱対量子アニールの識別
• Authors: Yoshiaki Horiike, Yuki Kawaguchi,
• Abstract要約: 熱的および量子的ゆらぎは, 模擬アニーリングにおいて, 系を基底状態へとナビゲートすることを示す。 これらの洞察は最適化問題のイジングスピン系への写像を改善し、より正確な解が得られる。
• 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: Simulated annealing provides a heuristic solution to combinatorial optimization problems. The cost function of a problem is mapped to the energy function of a physical many-body system, and, using thermal or quantum fluctuations, the system explores the state space to find the ground state, which may correspond to the optimal solution of the problem. Studies have highlighted both the similarities and differences between thermal and quantum fluctuations. Nevertheless, fundamental understanding of thermal and quantum annealing remains incomplete, making it difficult to design problem instances that fairly compare the two methods. Here, we investigate the many-body dynamics of thermal and quantum annealing by examining all possible interaction networks of $\pm J$ Ising spin systems up to seven spins. Our comprehensive investigation reveals that differences between thermal and quantum annealing emerge for particular interaction networks, indicating that the structure of the energy landscape distinguishes the two dynamics. We identify the microscopic origin of these differences through probability fluxes in state space, finding that the two dynamics are broadly similar but that quantum tunnelling produces qualitative differences. Our results provide insight into how thermal and quantum fluctuations navigate a system toward the ground state in simulated annealing, and are experimentally verifiable in atomic, molecular, and optical systems. Furthermore, these insights may improve mappings of optimization problems to Ising spin systems, yielding more accurate solutions in faster simulated annealing and thus benefiting real-world applications in industry. Our comprehensive survey of interaction networks and visualization of probability flux can help to understand, predict, and control quantum advantage in quantum annealing.
• Abstract（参考訳）: シミュレーションアニーリングは組合せ最適化問題に対するヒューリスティックな解を提供する。 問題のコスト関数は、物理多体系のエネルギー関数にマッピングされ、熱的または量子的ゆらぎを用いて、システムは状態空間を探索し、問題の最適解に対応する基底状態を見つける。 研究は、熱と量子のゆらぎの類似点と相違点の両方を強調している。 それでも、熱的および量子的アニールの基本的な理解は不完全であり、2つの手法を同等に比較する問題のインスタンスを設計することは困難である。 ここでは、$\pm J$ Ising スピン系のすべての相互作用ネットワークを最大7スピンまで調べることにより、熱および量子アニールの多体ダイナミクスについて検討する。 我々の包括的調査により、特定の相互作用ネットワークにおいて熱と量子のアニールの違いが出現し、エネルギーランドスケープの構造が2つのダイナミクスを区別していることが示されている。 状態空間の確率フラックスを通してこれらの違いの顕微鏡的起源を同定し、2つの力学が広く似ているが、量子トンネルが質的な差異を生み出すことを発見した。 この結果は, 原子, 分子, 光学系で実験的に検証可能な, 熱的および量子的揺らぎが, 模擬アニーリングの基底状態に向かってシステムをどのようにナビゲートするかの洞察を与えるものである。 さらに、これらの洞察は最適化問題のIsingスピンシステムへのマッピングを改善し、より高速なシミュレートされたアニーリングにおけるより正確なソリューションをもたらし、産業における現実世界のアプリケーションに利益をもたらす可能性がある。 相互作用ネットワークの包括的調査と確率フラックスの可視化は、量子アニールにおける量子優位性を理解し、予測し、制御するのに役立ちます。

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