Chính xác thì ủ lượng tử là gì?

Nhiều người quan tâm đến chủ đề ủ lượng tử, như là một ứng dụng của công nghệ lượng tử, không chỉ vì công việc của D-WAVE về chủ đề này. Các bài viết trên Wikipedia về ủ lượng tử ngụ ý rằng nếu một thực hiện 'ủ' chậm đủ, người ta nhận ra (một hình thức cụ thể của) tính toán lượng tử đoạn nhiệt. Sự ủ nhiệt lượng tử dường như khác nhau chủ yếu ở chỗ nó dường như không thể đoán trước được sự tiến hóa trong chế độ thận trọng - nó cho phép khả năng chuyển đổi bệnh tiểu đường.

Tuy nhiên, dường như có nhiều trực giác hơn khi chơi với ủ nhiệt lượng tử hơn là chỉ "tính toán đáng tin cậy được thực hiện vội vàng". Dường như người ta đặc biệt chọn một Hamiltonian ban đầu bao gồm một trường ngang và điều này đặc biệt có nghĩa là cho phép các hiệu ứng đường hầm trong cảnh quan năng lượng (như được mô tả trong cơ sở tiêu chuẩn, một giả định). Điều này được cho là tương tự (thậm chí có thể chính thức khái quát hóa?) Nhiệt độ trong ủ mô phỏng cổ điển. Điều này đặt ra câu hỏi liệu các tính năng ủ trước lượng tử giả định như cụ thể là một trường ngang ban đầu, nội suy tuyến tính giữa người Hamilton, v.v. và liệu các điều kiện này có thể được sửa chữa để có thể so sánh chính xác với ủ cổ điển hay không.

• Có một khái niệm ít nhiều chính thức về việc ủ lượng tử bao gồm những gì, cho phép người ta chỉ vào một cái gì đó và nói "đây là ủ lượng tử" hoặc "đây không phải là ủ lượng tử chính xác bởi vì [nó liên quan đến một số tính năng bổ sung hoặc thiếu một số tính năng thiết yếu] "?

• Ngoài ra: có thể mô tả lượng tử trong tham chiếu đến một số khuôn khổ chính tắc - có thể liên quan đến một trong những bài báo gốc, chẳng hạn như Phys. Rev. E 58 (5355), 1998 [ PDF có sẵn miễn phí tại đây ] - cùng với một số biến thể điển hình được chấp nhận cũng là ví dụ về ủ nhiệt lượng tử?

• Có ít nhất một mô tả đủ chính xác để chúng ta có thể nói rằng ủ lượng tử nói chung đúng cách mô phỏng cổ điển, không phải bằng cách "làm việc tốt hơn trong thực tế", hay "làm việc tốt hơn trong các điều kiện X, Y và Z", nhưng cụ thể có nghĩa là bất kỳ quy trình ủ mô phỏng cổ điển nào cũng có thể được mô phỏng một cách hiệu quả hoặc có thể vượt qua một quy trình ủ lượng tử không ồn ào (giống như các mạch đơn nhất có thể mô phỏng các thuật toán ngẫu nhiên)?

Tôi sẽ làm hết sức mình để giải quyết ba điểm của bạn.

Câu trả lời trước của tôi cho một câu hỏi trước đó về sự khác biệt giữa tính toán lượng tử và tính toán lượng tử có thể được tìm thấy ở đây . Tôi đồng ý với Lidar rằng ủ nhiệt lượng tử không thể được định nghĩa nếu không xem xét các thuật toán và phần cứng.

Điều đó đang được nói, khuôn khổ kinh điển cho ủ nhiệt lượng tử và nguồn cảm hứng cho D-Wave là công trình của Farhi et al. (định lượng-ph / 0001106 ).

Cuối cùng, tôi không chắc người ta có thể khái quát hóa ủ mô phỏng cổ điển bằng cách sử dụng ủ lượng tử, mà không cần thảo luận về phần cứng. Đây là một so sánh kỹ lưỡng: 1304,4595 .

Phát biểu ý kiến:

(1) Tôi đã thấy câu trả lời trước đó của bạn, nhưng đừng hiểu ý bạn đưa ra ở đây. QA không phải là phổ quát và không có hiệu suất có thể chứng minh để giải quyết vấn đề và để những điều này được thúc đẩy bởi các ràng buộc phần cứng; nhưng chắc chắn ủ lượng tử là một cái gì đó độc lập với phần cứng hoặc trường hợp cụ thể, hoặc nếu không thì không có nghĩa gì để đặt tên cho nó.

(2) Bạn đang liên kết bài báo AQC, cùng với đoạn trích của Vinci và Lidar, cho thấy mạnh mẽ rằng QA chỉ là sự tiến hóa đáng tin cậy trong chế độ không nhất thiết phải tin tưởng. Điều đó về cơ bản có đúng không? Điều này có đúng không, bất kể người Hamilton ban đầu và người cuối cùng là ai, hoặc con đường nào bạn theo dõi qua không gian Hamilton, hoặc tham số hóa theo thời gian? Nếu có bất kỳ ràng buộc bổ sung nào ngoài "tính toán đáng tin cậy có thể hơi vội vàng", thì những hạn chế đó là gì và tại sao chúng được coi là quan trọng đối với mô hình?

(1 + 2) Tương tự như AQC, QA làm giảm từ trường ngang của Hamilton, tuy nhiên, quá trình này không còn đáng tin cậy và phụ thuộc vào qubit và mức độ tiếng ồn của máy. Người Hamilton ban đầu được gọi là đồng hồ đo trong tiếng địa phương của D-Wave và có thể đơn giản hoặc phức tạp miễn là bạn biết trạng thái cơ bản. Đối với 'tham số hóa theo thời gian,' tôi nghĩ bạn có nghĩa là lịch ủ và như đã nêu ở trên, đây là hạn chế phần cứng bị hạn chế.

(3) Tôi cũng không thấy lý do tại sao phần cứng là cần thiết để mô tả so sánh với ủ mô phỏng cổ điển. Vui lòng giả sử rằng bạn có phần cứng hoàn hảo với kết nối tùy ý: xác định ủ lượng tử khi bạn tưởng tượng một nhà toán học có thể định nghĩa ủ, không có chi tiết gây cười; và xem xét các nhận thức cụ thể về ủ nhiệt lượng tử như các nỗ lực gần đúng các điều kiện của mô hình thuần túy đó, nhưng liên quan đến sự thỏa hiệp mà một kỹ sư buộc phải thực hiện vì phải đối phó với thế giới thực. Có phải là không thể làm cho một so sánh?

Mối quan hệ duy nhất mô phỏng ủ cổ điển có với ủ lượng tử là cả hai đều có ủ trong tên. Người Hamilton và quá trình khác nhau về cơ bản.

Tuy nhiên, nếu bạn muốn so sánh ủ nhiệt lượng tử mô phỏng với ủ lượng tử, nhóm của Troy tại ETH là ưu điểm khi nói đến ủ nhiệt lượng tử mô phỏng. Tôi đánh giá cao các slide này chủ yếu dựa trên Boxio et al. giấy tôi liên kết ở trên.

Hiệu suất của quá trình ủ mô phỏng, ủ lượng tử mô phỏng và D-Wave trong các trường hợp kính quay cứng - Troyer (PDF)

(4) Nhận xét của bạn về Hamiltonian ban đầu rất hữu ích và gợi ý một cái gì đó rất chung chung ẩn giấu trong nền. Có lẽ các lịch trình tùy ý (nhưng có thể tính toán hiệu quả, đơn điệu và khác biệt đầu tiên) cũng được chấp nhận về nguyên tắc, với các hạn chế chỉ phát sinh từ các ràng buộc kiến ​​trúc, và tất nhiên cũng nhằm mục đích đạt được kết quả hữu ích?

Tôi không chắc chắn những gì bạn đang hỏi. Là lịch trình tùy ý hữu ích? Tôi không quen với công việc về lịch trình ủ tùy ý. Về nguyên tắc, trường phải đi từ cao xuống thấp, đủ chậm để tránh quá trình chuyển đổi Landau-Zener và đủ nhanh để duy trì hiệu ứng lượng tử của các qubit.

Liên quan; Lặp đi lặp lại mới nhất của D-Wave có thể hủy bỏ các qubit riêng lẻ ở các mức khác nhau nhưng tôi không biết về bất kỳ nghiên cứu không liên kết nào của D-Wave nơi điều này đã được thực hiện.

DWave - Tăng cường tính bao thanh toán số nguyên thông qua bù trừ lượng tử (PDF)

(5) Có lẽ có ít sự khác biệt giữa người Hamilton trong QA và CSA hơn bạn đề xuất. $H_{cl}$ được lấy rõ ràng từ $H_{qm}$ cho $A(t)=1,B(t)=0$ nếu bạn áp đặt một hạn chế đối với các trạng thái cơ sở tiêu chuẩn (có thể là lành tính nếu $H_{qm}$là không suy biến và đường chéo). Rõ ràng có một sự khác biệt trong 'quá trình chuyển đổi', trong đó QA dường như dựa vào trực giác gợi ý của đường hầm / quasiadiabatic, nhưng có lẽ điều này có thể (hoặc đã được?) Được đưa ra chính xác bằng cách so sánh lý thuyết về QA với bước đi lượng tử. Không có công việc theo hướng này?

$A(t)=1,B(t)=0$Với lịch trình này, bạn không còn tiết lộ bất cứ điều gì. Máy chỉ ngồi ở nhiệt độ hữu hạn nên các chuyển đổi duy nhất bạn sẽ nhận được là nhiệt. Điều này có thể hơi hữu ích như được hiển thị bởi Nishimura et al. Các ấn phẩm sau đây nói về việc sử dụng một trường ngang không biến mất.

arXiv: 1605.03303

arXiv: 1708.00236

Liên quan đến mối quan hệ của lượng tử với bước đi lượng tử. Có thể xử lý ủ lượng tử theo cách này như được trình bày bởi Chancellor.

arXiv: 1606.06800

(6) Một sự tôn trọng mà tôi cho rằng phần cứng có thể đóng một vai trò quan trọng --- nhưng điều mà bạn chưa đề cập rõ ràng --- là vai trò của sự tiêu tan đối với bồn tắm, mà bây giờ tôi mơ hồ nhớ là có liên quan đến DWAVE. Trích dẫn từ Boixo và cộng sự: "Không giống như điện toán lượng tử đáng tin cậy [...] ủ lượng tử là một phương pháp nhiệt độ dương liên quan đến một hệ lượng tử mở kết hợp với bể nhiệt." Rõ ràng, những gì khớp nối tắm người ta mong đợi trong một hệ thống nhất định là phụ thuộc vào phần cứng; nhưng không có khái niệm về những gì khớp nối tắm là hợp lý để xem xét cho người ủ giả định?

Tôi không biết đủ về các khía cạnh phần cứng để trả lời điều này, nhưng nếu tôi phải đoán, nhiệt độ càng thấp càng tốt để tránh tất cả các vấn đề liên quan đến tiếng ồn.

Bạn nói "Về nguyên tắc, trường phải đi từ cao xuống thấp, đủ chậm để tránh quá trình chuyển đổi Landau-Zener và đủ nhanh để duy trì hiệu ứng lượng tử của các qubit." Đây là điều hữu ích để làm, nhưng bạn thường không biết làm thế nào chậm hoặc có thể, phải không?

Đây sẽ là thời gian kết hợp của các qubit. Lịch trình ủ D-Wave theo thứ tự micro giây với T2 cho các qubit siêu dẫn là khoảng 100 micro giây. Nếu tôi phải đưa ra một định nghĩa dứt khoát về lịch trình ủ thì đó sẽ là 'một sự tiến hóa của trường ngang trong một khoảng thời gian ít hơn thời gian trang trí của việc thực hiện qubit.' Điều này cho phép các cường độ bắt đầu, tạm dừng và đọc các cường độ trường khác nhau. Nó không cần phải đơn điệu.

Tôi nghĩ rằng có lẽ việc tiêu tan trong bồn tắm đôi khi được coi là hữu ích đối với cách các máy ủ lượng tử hoạt động, khi hoạt động ở chế độ không tính toán (như thường xảy ra khi làm việc với các vấn đề NP-hard, bởi vì chúng tôi quan tâm đến việc trả lời các vấn đề bất chấp khoảng cách eigenvalue có thể rất nhỏ). Là tiêu tan không có khả năng hữu ích sau đó?

Tôi đã tham khảo ý kiến ​​của S. Mandra và trong khi anh ấy chỉ cho tôi một vài bài báo của P. Love và M. Amin, cho thấy một số phòng tắm có thể tăng tốc độ ủ lượng tử và nhiệt hóa có thể giúp tìm ra trạng thái mặt đất nhanh hơn.

arXiv: cond-mat / 0609332

Tôi nghĩ rằng có lẽ nếu chúng ta có thể có được sự nhầm lẫn về lịch trình ủ, và liệu việc chuyển đổi có phải theo một phép nội suy giữa hai người Hamilton hay không (trái ngược với một quỹ đạo phức tạp hơn), ...

$A(t)$ và $B(t)$không nhất thiết phải là tuyến tính hoặc thậm chí đơn điệu. Trong một bài thuyết trình gần đây, D-Wave đã cho thấy những lợi thế của việc tạm dừng lịch trình ủ và ủ ngược.

DWave - Định hướng phần cứng trong tương lai của luyện kim lượng tử (PDF)

Vui lòng ngưng tụ những phản hồi này theo cách bạn muốn. Cảm ơn.