不均匀量子退火调度制造技术

使用量子系统执行量子退火的方法和装置。在一个方面，一种方法包括：控制量子系统，使得表征量子系统的总哈密顿量从初始量子哈密顿量演化为问题量子哈密顿量，其中，控制量子系统包括向量子系统施加不均匀驱动场以驱动量子系统跨越量子相变。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】不均匀量子退火调度
本说明书涉及量子计算。
技术介绍
量子退火(quantumannealing)是可以用于使用量子波动在给定的候选解集合上找到给定目标函数的全局最小值的过程。量子退火从具有相等权重的所有候选状态的量子力学叠加的量子系统开始。系统遵循时间相关薛定谔方程(equation)而发展。所有候选状态的幅度根据横向场的时间相关强度而变化，这导致状态之间的量子隧穿(quantumtunneling)。在绝热量子退火中，如果横向场的变化速率足够慢，则系统保持在瞬时哈密顿量(Hamiltonian)的基态附近。横向场被关闭，并且系统已经达到与原始优化问题的解相对应的基态。
技术实现思路
本说明书描述了用于使用不均匀量子退火调度执行量子退火的方法和系统。通常，本说明书中描述的主题的一个创新方面可以通过一种使用量子系统执行算法量子退火的方法来实现，所述方法包括：控制量子系统，使得表征量子系统的总哈密顿量从初始量子哈密顿量演化为问题量子哈密顿量，其中，控制量子系统包括：问题哈密顿量的能量谱将对计算任务的解编码，以及控制量子系统包括：对量子系统施加不均匀驱动场。该方面的其他实现方式包括记录在一个或多个计算机存储设备上的对应的经典或量子计算机系统、装置和计算机程序，每个计算机存储设备被配置为执行方法的动作。一个或多个计算机的系统可以被配置为通过在系统上安装软件、固件、硬件或其组合来执行特定的操作或动作，该软件、固件、硬件或其组合在操作中使系统执行这些动作。一个或多个计算机程序可以被配置为通过包括指令来执行特定的操作或动作，所述指令在由数据处理装置执行时使该装置执行动作。前述和其他实现方式可以单独或组合地各自可选地包括以下特征中的一个或多个。在一些实现方式中，控制量子系统还包括：通过施加的不均匀驱动场，驱动量子系统跨越量子相变。在一些实现方式中，所述方法还包括：对量子系统的能量执行一次或多次测量，以确定对计算任务的解。所述计算任务可以是优化任务。在一些实现方式中，所述量子系统包括自旋系统，并且其中，不均匀驱动场包括针对自旋系统中的每个自旋能够被局部调制的横向场。在一些实现方式中，向量子系统施加不均匀驱动场引起量子波动，并且其中，量子系统响应于多个簇内的量子波动。在一些实现方式中，不均匀驱动场由下式给出：其中，g0表示具有空间结构的时间无关全局磁场，v0(t)表示临界前沿速度，该临界前沿速度在空间上均匀并且对时间具有非线性相关，gk表示驱动场的不可分离时空调制，并且M表示簇总数。在一些实现方式中，通过描述临界前沿的空间结构和速度的有效超参数的集合来表征不均匀驱动场，所述超参数包括：(i)空间的形状，(ii)水平速度，以及(iii)垂直速度。在一些实现方式中，通过以下式子给出(i)水平速度、(ii)垂直速度和(iii)不均匀性斜率：和在一些实现方式中，不均匀驱动场包括空间和时间分离的不均匀性。不均匀驱动场可以由g(n,t)＝g0(n)v0(t)给出。不均匀驱动场可以包括与空间无关时间局部不均匀性相组合的周期性空间不均匀性。不均匀驱动场可以包括单个驻波。可以由下式给出(i)水平速度、(ii)垂直速度和(iii)不均匀性斜率：在一些实现方式中，不均匀驱动场包括时空不均匀性。不均匀驱动场可以包括局部线性函数。不均匀驱动场可以由下式给出：激活函数tanh[θk(||n-nk||-vk(n)t)]可以在量子临界点附近的每个簇中被线性化。在一些实现方式中，控制量子系统还包括施加因果关系控制策略。在一些实现方式中，不均匀驱动场包括一个或多个临界前沿，并且其中，一个或多个临界前沿的速度低于保持有效不均匀性的阈值。在一些实现方式中，施加不均匀驱动场包括：施加在量子系统的低能态和高能态之间产生有效间隙的不均匀驱动场。通常，本说明书中描述的主题的另一个创新方面可以在一种用于对无序量子系统中的一阶量子相变和二阶量子相变工程化的方法中实现，所述方法包括：使用不均匀控制场控制无序量子系统，其中，不均匀控制场在量子系统的低能态和高能态之间产生有效间隙。在一些实现方式中，相变包括非绝热相变。该方面的其他实现方式包括记录在一个或多个计算机存储设备上的对应的经典或量子计算机系统、装置和计算机程序，每个计算机存储设备被配置为执行方法的动作。一个或多个计算机的系统可以被配置为通过在系统上安装软件、固件、硬件或其组合来执行特定的操作或动作，该软件、固件、硬件或其组合在操作中使系统执行这些动作。一个或多个计算机程序可以被配置为通过包括指令来执行特定的操作或动作，所述指令在由数据处理装置执行时使该装置执行动作。通常，本说明书中描述的主题的另一个创新方面可以在一种用于使用量子系统执行算法量子退火的方法中实现，所述方法包括：控制量子系统，使得表征量子系统的总哈密顿量从初始量子哈密顿量演化为问题量子哈密顿量，其中，控制量子系统包括：将不均匀驱动场施加到量子系统；以及通过不均匀驱动场驱动量子系统跨越量子相变。该方面的其他实现方式包括记录在一个或多个计算机存储设备上的对应的经典或量子计算机系统、装置和计算机程序，每个计算机存储设备被配置为执行方法的动作。一个或多个计算机的系统可以被配置为通过在系统上安装软件、固件、硬件或其组合来执行特定的操作或动作，该软件、固件、硬件或其组合在操作中使系统执行这些动作。一个或多个计算机程序可以被配置为通过包括指令来执行特定的操作或动作，所述指令在由数据处理装置执行时使该装置执行动作。前述和其他实现方式可以单独或组合地各自可选地包括以下特征中的一个或多个。在一些实现方式中，问题哈密顿量的能量谱将对计算任务的解编码。所述方法还可以包括：对量子系统的能量执行一次或多次测量，以确定对计算任务的解。计算任务可以是优化任务。在一些实现方式中，量子系统包括自旋系统，并且其中，不均匀驱动场包括针对自旋系统中的每个自旋能够被局部调制的横向场。在一些实现方式中，向量子系统施加不均匀驱动场引起量子波动，并且其中，量子系统响应于多个簇内的量子波动。在一些实现方式中，不均匀驱动场由下式给出：其中，g0表示具有空间结构的时间无关全局磁场，v0(t)表示临界前沿速度，该临界前沿速度在空间上均匀并且对时间具有非线性相关，gk表示驱动场的不可分离时空调制，并且M表示簇总数。在一些实现方式中，通过描述临界前沿的空间结构和速度的有效超参数的集合来表征不均匀驱动场，所述超参数包括：(i)空间的形状，(ii)水平速度，以及(iii)垂直速度。在一些实现方式中，通过以下式子给出(i)水平速度、(ii)垂直速度和(iii)不均匀性斜率：和在一些实现方式中，不均匀驱动场包括空间和时间分离的不均匀性。不均匀驱动场可以由g(n,t)＝g0(n)v0(t)给出。不均匀驱动场可以包括与空间无关时间局部不均匀性相组合的周期性空间不均匀性。不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用量子系统执行算法量子退火的方法，包括：/n控制量子系统，使得表征量子系统的总哈密顿量从初始量子哈密顿量演化为问题量子哈密顿量，其中，/n问题哈密顿量的能量谱将对计算任务的解编码，以及/n控制量子系统包括对量子系统施加不均匀驱动场。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171229 US 62/612,1341.一种使用量子系统执行算法量子退火的方法，包括：
控制量子系统，使得表征量子系统的总哈密顿量从初始量子哈密顿量演化为问题量子哈密顿量，其中，
问题哈密顿量的能量谱将对计算任务的解编码，以及
控制量子系统包括对量子系统施加不均匀驱动场。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，控制量子系统还包括：
通过施加的不均匀驱动场来驱动量子系统跨越量子相变。


3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：对量子系统的能量执行一次或多次测量，以确定对计算任务的解。


4.根据权利要求1或权利要求3所述的方法，其中，所述计算任务包括优化任务。


5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述量子系统包括自旋系统，并且其中，不均匀驱动场包括针对自旋系统中的每个自旋能够被局部调制的横向场。


6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中，向量子系统施加不均匀驱动场引起量子波动，并且其中，量子系统响应于多个簇内的量子波动。


7.根据权利要求6所述的方法，其中，不均匀驱动场由下式给出：



其中，g0表示具有空间结构的时间无关全局磁场，v0(t)表示临界前沿速度，该临界前沿速度在空间上均匀并且对时间具有非线性相关，gk表示驱动场的不可分离时空调制，且M表示簇总数。


8.根据权利要求7所述的方法，其中，通过描述临界前沿的空间结构和速度的有效超参数的集合来表征不均匀驱动场，所述超参数包括：(i)空间的形状，(ii)水平速度，以及(iii)垂直速度。


9.根据权利要求8所述的方法，其中，通过以下式子给出(i)水平速度、(ii)垂直速度和(iii)不均匀性斜率：和


10.根据权利要求9所述的方法，其中，不均匀驱动场包括空间和时间分离的不均匀性。


11.根据权利要求10所述的方法，其中，不均匀驱动场由g(n，t)＝g0(n)v0(t)给出。


12.根据权利要求9所述的方法，其中，不均匀驱动场包括与空间无关时间局部不均匀性相组合的周期性空间不均匀性。


13.根据权利要求12所述的方法，其中，不均匀驱动场包括单个驻波。


14.根据权利要求13所述的方法，其中，由下式给出(i)水平速度、(ii)垂直速度和(iii)不均匀性斜率：








15.根据权利要求9所述的方法，其中，不均匀驱动场包括时空不均匀性。


16.根据权利要求15所述的方法，其中，不均匀驱动场包括局部线性函数。


17.根据权利要求15所述的方法，其中，不均匀驱动场由下式给出：





18.根据权利要求17所述的方法，其中，激活函数tanh[θk(||n-nk||-vk(n)t)]在量子临界点附近的每个簇中被线性化。


19.根据权利要求1至18中任一项所述的方法，其中，控制量子系统还包括施加因果关系控制策略。


20.根据权利要求1至19中任一项所述的方法，其中，不均匀驱动场包括一个或多个临界前沿，并且其中，一个或多个临界前沿的速度低于保持有效不均匀性的阈值。


21.根据权利要求1所述的方法，其中，施加不均匀驱动场包括：施加在量子系统的低能态和高能态之间产生有效间隙的不均匀驱动场。


22.一种量子退火设备，包括：
量子系统；
在量子系统上操作的一个或多个控制设备；以及
一个或多个经典处理器，
其中，一个或多个经典处理器和控制设备被配置为执行权利要求1至21中任一项所述的方法。


23.根据权利要求22所述的设备，其中，量子系统包括自旋链。


24.一种在无序量子系统中工程化一阶量子相变和二阶量子相变的方法，所述方法包括：
使用不均匀控制场来控制无序量子系统，其中，不均匀控制场在量子系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：M莫希尼，H内文，
申请(专利权)人：谷歌有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US