Quantum versus Classical Annealing of Ising Spin Glasses
量子退火在自旋玻璃问题上的优越性的最有力证据来自于使用量子蒙特卡罗（QMC）方法模拟量子退火与模拟经典退火的比较[G. Santoro等人，Science 295，2427（2002）]。出于实验的可编程量子退火设备，我们重新审视的问题时，量子加速可能是预期的伊辛自旋玻璃问题。我们发现，即使一个更好的缩放相比，模拟经典退火可以实现QMC模拟，这一优势是由于时间离散化和测量是不可能的物理量子退火设备。另一方面，QMC模拟在物理相关的连续时间限制，不显示优越性。我们的研究结果意味着，小心时，使用QMC模拟来评估量子加速潜力，并与最近的论点，没有量子加速应预期的二维自旋玻璃问题是一致的。
2014-11-20 cond-mat.dis-nn quant-ph
Noise-tolerant quantum speedups in quantum annealing without fine tuning
量子退火是量子计算的一种强有力的替代模型，即使在没有纠错的情况下，它也可以在存在环境噪声的情况下取得成功。然而，尽管付出了巨大的努力，对于这些系统，还没有量子加速（相对于现有技术的经典算法）的结论性证明，并且量子优势的严格理论证明通常依赖于系统的至少一些方面中的指数精度，非物理资源保证被随机噪声加扰。在这项工作中，我们提出了一种新的量子退火变体，称为RFQA，它可以在面对噪声和适度的控制精度时保持可扩展的量子加速比。具体来说，我们考虑修改的通量量子位为基础的量子退火，其中包括随机的，但相干的，低频振荡的横向场项的方向作为系统的演变。我们表明，这种方法产生了量子加速寻找基态的Grover问题和量子随机能量模型，因此应该广泛适用于其他困难的优化问题，可以制定为量子自旋玻璃。此外，我们表明，这种加速应该是弹性的两个现实的噪声通道（$1/f$般的局部电位波动和局部加热与有限温度浴相互作用），和另一个噪声通道，浴辅助量子相变，实际上加速算法，可能超过其他的负面影响。我们考虑的修改有一个简单的实验实现，可以用当前的技术进行探索。
2020-07-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.supr-con quant-ph
Direct comparison of quantum and simulated annealing on a fully-connected Ising ferromagnet
我们比较量子退火（QA，通过薛定谔动力学）和模拟退火（SA，通过一个经典的主方程）的性能在$p$自旋无限程铁磁伊辛模型，通过缓慢驱动系统跨越其平衡，量子或经典，相变。当相变是二阶（$p=2$，熟悉的双自旋伊辛相互作用）时，SA显示出比QA显著的指数加速。对于一阶相变（$p \ge 3$，即，与多自旋伊辛相互作用）相比，经典的退火动力学似乎仍然停留在无序相，而我们有明确的证据表明，QA显示出当总退火时间$τ$增加时，尽管以相当慢的（对数）方式，但朝向$0$减小的残余能量。这是一个罕见的例子，其中有限的量子加速，加速QA超过SA，已被证明存在的直接解决方案的薛定谔和主方程结合非平衡朗道-齐纳分析。我们还分析了该模型的时间QA动力学，发现一个$1/τ^2$行为的所有有限值的$p$，所预测的绝热定理的量子力学。讨论了Grover搜索极限$p({\rm odd})=\infty$。
2017-07-09 cond-mat.stat-mech quant-ph
Speedup of high-order unconstrained binary optimization using quantum Z2 lattice gauge theory
该研究将高阶无约束二进制优化映射到对偶图上的量子 Z2 格点规范理论，提出受规范对称性保护的规范局域量子退火及量子启发经典算法，实现一个数量级的计算加速。
2025-03-18 quant-ph
Seeking Quantum Speedup Through Spin Glasses: The Good, the Bad, and the Ugly
在量子退火器件的设计和构造方面已经取得了相当大的进展。然而，尽管进行了多次仔细的研究，但量子加速比传统硅基机器的结论性检测仍然难以捉摸。在这项工作中，我们概述了策略，设计硬可调的基准实例的基础上的见解，从研究的自旋玻璃-原型随机基准问题的新算法和优化设备。我们建议补充头对头缩放研究，比较量子退火机与最先进的经典代码的方法，比较不同算法和/或计算架构在不同类别的计算困难的可调自旋玻璃实例的性能。这种方法的优点在于，当实例复杂度增加时，只需要比较给定算法和/或架构所感受到的性能冲击。此外，我们提出了一种方法，可能不会直接转化为量子加速的检测，但可能会阐明量子退火是否具有“量子优势“，比相应的经典算法，如模拟退火。我们在496量子位D-Wave Two量子退火设备上的结果与最近使用的最先进的热模拟退火代码进行了比较。
2015-09-02 cond-mat.dis-nn quant-ph
A deceptive step towards quantum speedup detection
已经有多次尝试设计合成基准问题，目的是检测当前量子退火机中的量子加速。到目前为止，经典的量子力学一直优于基于量子退火的方法。在这里，我们介绍了一类问题的基础上沮丧的集群循环-欺骗性集群循环-所有目前已知的最先进的经典物理性能优于D-Wave 2000 Q量子退火机。虽然有一个相当大的常数加速在所有已知的经典算法，一个显着的改善，在缩放仍然难以捉摸。这些结果代表了检测潜在量子加速的第一步，尽管没有缩放改进和合成基准问题。
2018-07-03 cond-mat.dis-nn physics.comp-ph quant-ph
Quantum annealing with twisted fields
量子退火是求解组合优化问题和进行量子化学计算的一种很有前途的方法。量子退火误差的主要来源是退相干和非绝热跃迁的影响。我们提出了一种方法来抑制这两种影响，使用非均匀扭曲运营商对应的扭曲角的横向场施加到量子比特。此外，我们采用变分方法来确定最佳的非均匀扭曲算符，使量子退火后的状态的能量最小化。我们的方法是有用的，以增加能隙和/或使量子态对退相干量子退火过程中的鲁棒性。总之，我们的结果可以为实现实用量子退火的新方法铺平道路。
2021-11-30 quant-ph
Leveraging Landau-Zener-Stückelberg interference for accelerating diabatic quantum annealing
Qilimanjaro Quantum Tech.（Qilimanjaro量子技术）；Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学）；Barcelona Supercomputing Center（巴塞罗那超级计算中心）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）
本文通过识别Landau-Zener-Stückelberg干涉机制，提出一种少参数变分调度ansatz，实现非绝热量子退火的指数级加速，并证明相干性是其关键资源。
2026-06-08 quant-ph
A Hybrid Quantum-Classical Paradigm to Mitigate Embedding Costs in Quantum Annealing---Abridged Version
量子退火已经显示出作为近期量子计算方法的巨大潜力。尽管在获得量子加速方面取得了有希望的进展，但量子退火器受到需要将问题实例嵌入退火器的连接图（通常高度受限）的限制。这种嵌入执行起来可能代价高昂，并且可能破坏任何计算加速。在这里，我们提出了一个混合量子经典范式，以帮助减轻这种限制，并显示如何被否定的嵌入时间的原始加速，但在某些情况下可以利用。我们说明了这种方法的初始结果的概念验证实现的算法的动态加权最大独立集问题。
2018-07-30 cs.DS quant-ph
Simulated Quantum Annealing is Efficient on the Spike Hamiltonian
在这项工作中，我们研究了一种称为模拟量子退火（SQA）的经典算法在Spike Hamilton上的收敛性，Spike Hamilton是[FGG02]引入的量子力学隧穿的特定玩具模型哈密顿。这个玩具模型哈密顿编码一个简单的位对称成本函数f的计算基础，并用于模拟更复杂的优化问题中的局部极小值。在以前的工作中[CH 16]表明，SQA在QA所做的大部分尖峰状态下都是在多项式时间内运行的，这表明通过隧道效应可以实现指数加速。在本文中，我们将他们的分析扩展到剩余的多项式制度的能隙的尖峰哈密顿量，表明QA确实提出了没有指数加速相对于SQA在这个家庭的玩具模型。
2020-11-30 quant-ph
Analog Errors in Quantum Annealing: Doom and Hope
量子退火有可能在解决优化问题时提供比经典算法更快的速度。就像任何其他量子设备一样，在量子退火器实现加速之前，抑制哈密顿控制误差是必要的。已知这种模拟控制误差会导致$J$-混沌，其中获得编码为预期哈密顿量的基态的最优解的概率根据控制误差而变化很大。在这里，我们表明，$J$-混沌导致量子退火的灾难性失败，在该缩放的时间到解决方案的度量变得比一个确定性的（详尽的）经典求解器。我们证明了这一经验，使用随机伊辛自旋玻璃的问题上运行的两个最新一代的D波量子退火。然后，我们继续表明，这种世界末日的情况下，可以减轻使用一个简单的错误抑制和校正方案称为量子退火校正（QAC）。通过使用QAC，相同D-Wave器件的时间到解决方案的缩放被改善到低于经典上限，从而恢复了量子退火加速前景的希望。
2019-07-29 cond-mat.dis-nn quant-ph
Charged particle tracking with quantum annealing-inspired optimization
California Institute of Technology（加州理工学院）；Harvard University（哈佛大学）；Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）；University of California San Diego（加州大学圣迭戈分校）；Lockheed Martin Corporation（洛克希德·马丁公司）；University of Southern California（南加州大学）
在高亮度大型强子对撞机（HL-LHC），传统的轨道重建技术，是关键的分析预计将面临挑战，由于缩放与轨道密度。量子退火在解决组合优化问题的能力方面显示出了希望，目前正在努力建立量子加速的证据。作为利用这种潜在的加速的一步，我们调查的轨道重建方法，通过适应现有的几何Denby-Peterson（Hopfield）网络方法的量子退火框架和HL-LHC条件。此外，我们开发了额外的技术来将问题嵌入到现有的和近期的量子退火硬件中。在TrackML数据集上使用D-Wave 2X系统进行模拟退火和量子退火的结果，展示了量子退火启发算法在轨道重建挑战中的成功应用。我们发现，组合优化问题可以有效地重建轨道，建议可能的应用程序在大型强子对撞机的快速硬件特定的实现，同时留下了量子加速跟踪的可能性。
2019-08-13 cs.LG hep-ph quant-ph
Quantum phase transition with inhomogeneous driving in the Lechner-Hauke-Zoller model
研究了Lechner-Hauke-Zoller模型的零温相图。导出了有限尺寸系统和热力学极限下自由能和临界系数的解析表达式，并进行了数值验证。为了改善标准量子退火，我们引入了一个非均匀驱动的横向场与一个额外的时间相关的参数，允许一个逃避一阶量子相变，从而大大提高效率的基态制备。
2020-04-20 cond-mat.stat-mech quant-ph
Glassy Chimeras could be blind to quantum speedup: Designing better benchmarks for quantum annealing machines
最近，一个可编程的量子退火机已经建成，最大限度地减少成本函数的硬优化问题的量子涨落淬火。不同研究小组进行的测试表明，这台机器似乎确实利用了量子效应。然而，对一类随机键实例的实验尚未证明其优于传统计算机硬件上的经典优化算法。在这里，我们提出的证据，为什么这可能是这种情况。这些工程量子退火机有效地操作耦合到一个去肩热浴。因此，我们研究有限温度临界行为的标准基准问题，用于评估这些复杂的机器的计算能力。我们模拟了无规键伊辛模型和自旋玻璃与双峰和高斯无序的D波嵌合体拓扑结构。我们的研究结果表明，虽然在奇美拉图上找到伊辛自旋玻璃的基态的最坏情况的复杂性不是多项式，但有限温度相空间可能相当简单：奇美拉上的自旋玻璃只有零温度转变。这意味着在Chimera图上使用自旋眼镜的基准优化方法可能不是测试量子加速的最佳基准问题。我们提出了替代基准嵌入可能更难的问题的嵌合体拓扑结构。最后，我们还研究了随机键伊辛模型在Chimera图上的（重入）无序-温度相图，并证明了有限温度铁磁相在反铁磁键高达19.85（15）%时是稳定的。超过该阈值，系统仅显示零温度自旋玻璃相。因此，我们的研究结果表明，在构建量子退火机时，仔细设计硬件架构和基准问题是关键。
2014-04-11 cond-mat.dis-nn quant-ph
Performance enhancement of quantum annealing under the Lechner-Hauke-Zoller scheme by non-linear driving of the constraint term
我们分析了量子退火的性能由Lechner，Hauke和Zoller（LHZ）制定，通过该方法，具有全部对全部两体相互作用的哈密顿量被减少到具有局部多体相互作用的相应哈密顿量。平均场分析表明，有问题的一阶量子相变，存在于原来的LHZ配方可以避免，从而实现指数加速，如果我们驱动的系数的多体项，这表示的约束，非线性作为时间的函数。这一结果不仅适用于简单的铁磁模型，而且也适用于自旋玻璃问题，如果自旋玻璃模型中的参数选择适当。
2020-03-27 cond-mat.stat-mech quant-ph
Searching for quantum speedup in quasistatic quantum annealers
我们认为，在很长的退火时间的量子退火机可能会经历准静态演化，返回的最终人口接近玻尔兹曼分布的哈密顿在一个单一的（冻结）点在退火过程中。这样的系统预期与适当的量子蒙特卡罗模拟很好地相关。它也可能与模拟退火相关，如果在冻结点的量子能量本征值接近经典的。这些相关性只是平衡的标志，并不意味着量子退火机的演化是经典的，或者可以用量子蒙特卡罗模拟。从这样的分布中提取的计算时间反映了平衡行为，因此没有提供关于底层量子动力学的信息。这使得在次优量子退火器中寻找量子加速成为问题。我们使用一个开放的量子主方程与现实的参数来说明在16量子比特量子退火的准静态演化，并讨论其量子加速的含义。
2015-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Quantum algorithms for simulated annealing
本文综述了[R. D. Somma等人，物理修订信函101，130504（2008）]，其模拟用于解决离散优化问题的经典退火过程。量子算法的复杂度与相关随机矩阵的谱隙的平方根倒数成比例。这表示相对于经典模拟退火，在间隙方面的二次量子加速。
2015-12-14 quant-ph
Investigating the potential for a limited quantum speedup on protein lattice problems
蛋白质折叠是计算生物学的核心挑战，在分子生物学、药物发现和催化剂设计中具有重要应用。作为一个困难的组合优化问题，它已被研究作为一个潜在的目标问题的量子退火。虽然在文献中已经讨论了几个实验实现，这些方法的计算缩放尚未阐明。在这篇文章中，我们提出了一个应用于大量的小肽折叠问题的量子退火的数值研究，旨在推断出有用的见解，为近期的应用。我们提出两个结论：即使是朴素的量子退火，当应用于蛋白质晶格折叠时，也有可能胜过经典方法，并且所涉及的哈密顿量和时间表的仔细工程可以为这个问题提供显着的相对改进。总体而言，我们的研究结果表明，量子算法可以很好地提供蛋白质折叠和结构预测领域的问题的改进。
2021-05-18 q-bio.BM quant-ph
Reduction of the energy-gap scaling by coherent catalysis in models of quantum annealing
在几种平均场型模型系统中，非随机驱动器通过将一阶相变减少到二阶相变来提高量子退火的性能。然而，物理力学分析表明，即使使用非随机驱动器，一些目标哈密顿仍然表现出不可避免的一阶跃迁，这使得量子退火难以解决。最近，Durkin提出了一种称为相干催化的机制[Phys. Rev. A \textbf{99}，032315（2019）]，其中他证明了一阶相变线上存在一个特定点，其中能隙与二级相变的预期一样呈多项式缩放。我们通过大量的数值计算表明，这种现象是观察到在一些额外的平均场型优化问题，非随机驱动程序无法改变的热力学极限的相变的顺序。这开辟了使用相干催化在以前被认为是量子退火解决的指数慢的系统中搜索指数加速的可能性。
2019-12-27 cond-mat.stat-mech quant-ph
Demonstration of a scaling advantage for a quantum annealer over simulated annealing
对于量子计算来说，观察到明确的量子加速仍然是一个难以捉摸的目标。D-Wave量子退火处理器一直处于实现这一目标的实验尝试的最前沿，因为它们具有相对较大的量子位数和可编程性。一个完整的确定的最佳时间解决方案（TTS），使用这些处理器还没有可能的日期，防止明确的结论存在的缩放优势。主要的技术障碍是无法在可用范围内验证最佳退火时间。在这里，我们克服了这一障碍，并提出了一类问题的情况下，我们观察到最佳退火时间，使用D波2000 Q处理器的范围跨越到超过$2000$量子位。这使我们能够执行最佳TTS基准测试分析，并与几种经典算法进行比较，包括模拟退火，自旋矢量蒙特卡罗和离散时间模拟量子退火。我们建立了第一个例子的缩放优势的实验量子退火超过经典的模拟退火：我们发现，D-波设备表现出可证明更好的缩放比模拟退火，与$95\%$的信心，在我们可以测试的问题大小的范围。然而，我们没有发现量子加速的证据：模拟量子退火表现出最好的缩放显着的保证金。我们构建的实例类具有可验证的最佳退火时间，开辟了生成许多新的此类类的可能性，为使用当前和未来的量子退火设备进一步明确评估缩放优势铺平了道路。
2018-08-06 quant-ph
A Hybrid Quantum-Classical Paradigm to Mitigate Embedding Costs in Quantum Annealing
尽管量子计算机的开发最近取得了快速进展，能够提供优于经典计算机的计算优势，但此类计算机似乎至少在最初需要在混合量子-经典机制中运行。这种认识引起了人们对混合量子-经典算法的兴趣，例如，量子计算机可以解决大问题，尽管量子位的数量非常有限。在这里，我们提出了一个量子退火机的混合范例，其目标是减轻这种设备的不同限制：需要将问题实例嵌入退火机的连接图（通常是高度受限的）中。这个嵌入过程执行起来可能很昂贵，并且可能会破坏任何计算加速。为了解决许多实际问题，还需要执行许多通常相关的这样的嵌入。我们将展示如何，对于这样的问题，一个原始的加速，这是否定的嵌入时间，但可以被利用，以提供一个真正的加速。作为一个概念验证的例子，我们提出了一个深入的案例研究的基础上最大权独立集问题的简单问题。虽然我们没有观察到量子加速实验，混合方法的优点是稳健的验证，显示如何可能利用潜在的量子加速，并鼓励进一步努力将该方法应用于更实际的问题。
2019-06-26 cs.DS quant-ph
Improving the efficiency of quantum annealing with controlled diagonal catalysts
Keio University（庆应义塾大学）
本研究通过引入额外局部项和利用非绝热跃迁，提出了一种提高量子退火效率的方法，实现时间解决的二次加速并研究参数可转移性。
2026-02-24 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum annealing with longitudinal bias fields
量子退火旨在通过绝热态制备来解决困难的计算问题。在这里，我建议使用不均匀的纵向磁场，以提高退火的效率。这样的场能够将退火动力学偏置到期望的解决方案中，并且在许多情况下，可以迭代地找到合适的场配置。或者，纵向场也可以作为一种反偏置，从最终状态中过滤掉不需要的贡献。这种策略特别适合于在标准量子退火方法中难以解决的情况。通过对精确覆盖问题的小实例进行数值模拟，研究了这些不同策略的性能。
2019-06-05 quant-ph
Essentiality of the Non-stoquastic Hamiltonians and Driver Graph Design in Quantum Optimization Annealing
量子力学的一个显著特征是概率振幅可以有正号和负号，而没有经典对应物，因为经典概率必须是正的。因此，实现量子加速的一种可能方法是显式地利用这一特性。与随机哈密顿量的基态仅具有正振幅（相对于计算基础）不同，当非随机哈密顿量的基态具有正振幅和负振幅时，其最终可以是随机的或适当地非随机的。在本文中，我们描述了，对于一些困难的情况下，其特征在于存在一个反交叉（AC）的横向场量子退火（QA）算法，如何设计合适XX驱动图（在不知道先前问题结构的情况下）具有适当的XX耦合器强度，使得所得的非随机QA算法是适当的-具有两个桥接反交叉的非随机（双AC），其中第一和第二水平之间的光谱间隙足够大，使得系统可以在多项式时间内非绝热地操作。加速比在原始AC距离中是指数的，其在系统大小中可以是次指数的或指数的，超过随机QA算法，并且可能与最先进的经典优化算法的加速比的顺序相同。这项工作是基于[4]中引入的量子优化退火背景下的反交叉的修改和广义参数化定义的新特征而开发的。
2022-04-26 cs.DS quant-ph
Cyclic Quantum Annealing: Searching for Deep Low-Energy States in 5000-Qubit Spin Glass
本文利用D-Wave 5000量子比特处理器验证了迭代循环量子退火算法能快速找到自旋玻璃深度低能态，并揭示了低能景观中连通团簇的幂律分布等复杂结构，为优化算法改进提供指导。
2024-12-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech quant-ph
Tunneling and speedup in quantum optimization for permutation-symmetric problems
Tunneling通常被认为是通过量子退火（QA）实现量子优化中可能加速的关键机制，特别是对于具有高而薄障碍的成本函数的问题。我们提出并分析了几个反例从类扰动汉明重量优化问题与量子比特置换对称性。我们首先表明，对于这些问题，绝热动力学，使隧穿可能不应被理解的成本函数，而是半经典的潜力所产生的自旋相干路径积分形式主义。然后，我们提供了一个例子，在最终的成本函数中的势垒的形状是短而宽的，这可能表明没有量子优势的QA，但隧道呈现QA优于模拟退火在绝热制度。然而，绝热动力学证明不是最佳的。相反，涉及一系列非绝热跃迁通过许多避免的能级交叉，不涉及隧穿的演变，是最佳的，优于绝热QA。我们表明，这种现象的非绝热过渡加速不是唯一的这个例子，我们提供了一个例子，它提供了一个指数加速绝热QA。在另一个转折，我们表明，一个经典的算法，自旋矢量动力学，至少是有效的非绝热QA。最后，在具有凸代价函数的不同示例中，非绝热跃迁导致相对于具有隧穿的绝热QA和经典自旋矢量动力学的加速。
2015-11-12 quant-ph
Speeding up Quantum Annealing with Engineered Dephasing
本文研究利用与辅助系统的退相干生成耦合，通过有效能量重标定这一相干机制增强量子退火的绝热性，实现与耦合强度成正比的加速，并探讨了实验可行性与保真度权衡。
2025-04-25 quant-ph
Standard quantum annealing outperforms adiabatic reverse annealing with decoherence
本文研究了开放系统中的绝热反向退火。在封闭系统（单一的）设置中，该退火协议允许避免所选模型的一阶量子相变，从而导致与标准量子退火相比的指数加速，前提是算法的初始状态在汉明距离上接近目标状态。在这里，我们表明退相干可以显着修改这一结论：通过诉诸绝热主方程方法，我们用$p=3$模拟了铁磁$p$ -自旋模型在独立和集体退相下的动力学。对于这两种模型的退相干，我们表明，开放系统ARA的性能是远不如它的幺正对应物的初始状态的选择敏感，最重要的是，开放系统ARA和大失去了它的时间解决方案的优势相比，标准的量子退火。这些结果表明，作为一个独立的策略，ARA不太可能在实验上优于标准的“前向”量子退火，并且为了在现实的噪声环境中实现ARA的好处，可能需要错误缓解策略。
2022-01-28 quant-ph
Convergence condition of simulated quantum annealing for closed and open systems
模拟量子退火是模拟量子退火的某些方面的通用经典协议，并且有时被认为是在寻找经典伊辛模型的基态中量子退火的经典替代方案。我们推导出一个通用的条件，模拟量子退火收敛到热平衡在一个给定的，典型的低，温度。封闭和开放系统都被处理。将模拟量子退火的经典主方程改写为时间-时间的薛定谔方程，并应用渐近绝热条件的时间-时间变分推导出收敛条件.该结果定性地符合由非齐次马尔可夫过程理论推导出的封闭系统模拟量子退火的严格收敛条件。还观察到的是一个严格的收敛条件下的封闭系统的实时薛定谔动力学量子退火定性协议。模拟量子退火的经典随机过程和量子退火的实时量子动力学的收敛条件的这种重合是非常重要的，需要进一步审查。
2022-12-20 quant-ph
Dynamics of reverse annealing for the fully-connected $p$-spin model
反向退火是量子退火的一种相对较新的变体，其中从经典状态开始，增加然后减小横向场的振幅，希望找到比给定优化问题的初始状态更好的经典状态。我们数值研究了平均场型$p$ -自旋模型反向退火的幺正量子动力学，结果与平衡态统计力学的预言一致.特别是，我们证实了平衡分析预测，反向退火提供了一个指数加速比传统的量子退火在解决$p$自旋模型。这支持了这样的期望，即平衡分析在揭示量子退火动力学的基本方面是有效的。我们还将量子动力学的结果与相应的经典动力学的结果进行了比较，揭示了它们的异同。我们区分两个反向退火协议，我们称之为绝热和迭代反向退火。我们进一步表明，迭代反向退火，如已实现的D波设备，是无效的情况下的$p$ -自旋模型，但注意到，最近推出的协议（“$h$ -增益”），实现绝热反向退火，可能会导致性能的改善。
2019-06-26 quant-ph
Enhancing Quantum Annealing via entanglement distribution
本文提出通过LOCC实现非局域耦合，增强量子退火硬件连接性，支持分布式系统与安全多方合作优化。
2024-03-20 quant-ph
Mean-Field Solution of the Weak-Strong Cluster Problem for Quantum Annealing with Stoquastic and Non-Stoquastic Catalysts
我们研究了Albash [Phys. Rev. A 99（2019）042334]提出的平均场版本中量子退火的弱-强簇问题，他通过数值对角化表明，非随机$XX$相互作用（非随机催化剂）消除了有问题的一级相变。我们解决了这个问题，正是在热力学极限的分析方法，并表明，去除一阶过渡成功地实现了由随机或非随机$XX$相互作用取决于是否引入的$XX$相互作用内的弱集群，内的强集群，或它们之间。我们还调查的情况下，两个集群之间的相互作用是稀疏的，即不是平均场的所有到所有的类型。结果再次取决于在何处引入$XX$相互作用。我们进一步分析了如何不均匀驱动的横向场影响系统的性能没有$XX$相互作用，并发现，在横向场的不均匀性删除一阶过渡，如果适当实施。
2020-03-03 cond-mat.stat-mech quant-ph
A double-slit proposal for quantum annealing
我们制定和分析的双缝量子退火的建议，其中涉及到观察发现一个两级系统（TLS）经历从横向到纵向场在基态的演化在最后的时间$t_f$的概率。我们证明，退火时间表涉及两个连续的非绝热跃迁，产生类似于双缝实验的干涉效应。观察到基态几率随$t_f$变化的振荡（在绝热极限出现之前），这就构成了对能量本征态之间相干性的灵敏测试。通过分析TLS耦合到热浴的效果进一步说明了这一点：增加浴温度或耦合强度导致这些振荡的阻尼。我们引入的理论工具显着简化了广义朗道-齐纳问题的分析。此外，我们的分析通过相干非绝热跃迁机制将量子退火算法与量子退火硬件的近期实验联系起来。
2019-03-01 quant-ph
Error corrected quantum annealing with hundreds of qubits
量子信息处理提供了显著的加速，但众所周知，它容易受到退相干的影响，这一过程使量子叠加衰减为相互排斥的经典替代方案，从而剥夺了量子计算机的能力。这使得量子纠错的发展成为理论和实验量子计算的一个基本和不可避免的方面。到目前为止，人们对量子退火中的退相干保护知之甚少，量子退火是一种旨在利用基态量子动力学来比经典方法更快地解决优化问题的计算范式。在这里，我们开发了量子退火的误差校正，并提供了一个实验演示，使用高达344超导通量量子比特的处理器，最近已被证明物理实现可编程量子退火。我们证明了一个实质性的改善处理器的性能在没有纠错。这些结果为大规模噪声保护绝热量子优化器件的研制铺平了道路。
2013-07-31 quant-ph
Probing for quantum speedup in spin glass problems with planted solutions
具有数百个量子比特的量子退火设备的可用性使得优化问题的量子加速的实验演示成为一个令人垂涎的，尽管难以捉摸的目标。超越早期的随机伊辛问题的研究，在这里，我们介绍了一种方法来构建一组挫折伊辛模型优化问题的硬度可调。我们研究了D-Wave Two设备（DW 2）在这些问题上的性能，并将其与一套经典算法进行了比较，其中包括一种旨在与DW 2直接竞争的高度优化算法。这些问题是围绕预定的基态配置生成的，称为种植解决方案，这使得它们特别适合于基准测试。问题集具有属性熟悉的约束满足（SAT）的问题，如在典型的硬度的问题，由一个可调的条款密度参数确定的峰值。我们绑定的硬度制度，DW 2设备要么没有或可能表现出量子加速我们的问题集。虽然我们没有发现问题集中最难和最令人沮丧的问题的加速的证据，但我们不能排除一些更容易，更少沮丧的问题可能存在加速。我们的实证研究结果与我们研究的特定D-Wave处理器和问题集有关，并留下了未来处理器可能在同一问题集上表现出量子加速的可能性。
2015-11-02 cond-mat.stat-mech quant-ph
Enhancement of quantum annealing via n-local catalysts
通过n-局部催化剂增强量子退火，解决NP完全问题最大加权独立集的能隙问题，提高基态制备效率。
2025-12-04 cond-mat.stat-mech quant-ph
Theoretical survey of unconventional quantum annealing methods applied to adifficult trial problem
我们考虑了一系列非常规的修改量子退火（QA），适用于一个人工试验问题，连续可调的难度。在这个问题中，受较大系统中的“横向场混沌”的启发，经典和量子方法都被引导到一个错误的局部最小值。为了从这个局部最小值到全局最小值，所有N个自旋都必须翻转，使得这个问题指数级地难以解决。我们数值研究这个问题，通过使用各种新的方法从文献中：非均匀驱动，添加横向耦合器，和其他类型的相干振荡的横向场项（统称为RFQA）。我们表明，所有这些方法提高了缩放的时间解决方案（相对于标准的均匀扫描演变），至少在某些制度。这些方法的比较可以帮助确定有前途的路径，在解决一些现实问题与近期量子退火硬件的经典算法的一个明显的量子加速。
2020-11-12 quant-ph
Quantum speedup for combinatorial optimization with flat energy landscapes
本文建立理论框架分析量子绝热算法相对经典蒙特卡罗方法的性能，并通过引入无符号问题的局域哈密顿量，在平坦低能景观的困难组合优化实例上实现二次量子加速。
2023-07-07 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Prospects for Quantum Enhancement with Diabatic Quantum Annealing
我们评估了量子退火（QA）的一般框架内的算法的前景，以实现量子加速相对于经典的最先进的方法在组合优化和相关的采样任务。我们主张继续探索和兴趣的基础上，提高相干时间和控制能力的QA框架，将使近期探索的几个启发式量子优化算法，已在文献中介绍。这些连续时间哈密顿计算算法依赖于比传统基态QA中的控制协议更先进的控制协议，同时仍然比门模型实现中使用的控制协议简单得多。包含相干非绝热跃迁到激发态的结果在一个概括称为非绝热量子退火（DQA），我们认为在这个框架内的量子增强最有前途的路线。传统QA的其他有前途的变体包括反向退火和连续时间量子行走，以及用于机器学习的参数化量子线路的模拟类似物。这些算法中的大多数都没有已知的（或可能被发现的）有效的经典模拟，并且在许多情况下有希望（但有限）量子加速可能性的早期迹象，使它们值得在中等规模的量子硬件中进一步研究。我们认为，所有这些协议都可以以最先进的方式进行探索，包括由时间相关的有效横向场伊辛哈密顿产生的全方位的新型平衡量子动力学，这些量子动力学可以通过例如，电感耦合通量量子位，现有的和预计在应用规模。
2020-08-22 cond-mat.supr-con quant-ph
Analytical solution for nonadiabatic quantum annealing to arbitrary Ising spin Hamiltonian
伊辛自旋哈密顿量经常被用来在它们的基态中对计算问题进行编码。量子退火（QA）计算通过实现从易于准备的初始状态到量子自旋的目标伊辛哈密顿量（$H_I$）的低能状态的缓慢的时间依赖性演化来搜索这样的状态。在这里，我们指出对于超出QA绝热限制的任意$H_I$，此类问题存在解析解。这种解决方案提供了洞察非绝热计算的准确性。我们的QA协议在伪绝热制度导致非绝热激发的单调幂律抑制与QA的时间$T$，没有任何签名的过渡到玻璃相，这通常是由对数能量松弛的特点。这一行为表明，在经典和量子自旋玻璃的能量弛豫可以有很大的不同，当它是由外部时间相关的字段辅助。在$H_I$的特定情况下，该解决方案还显示出相当大的量子加速计算。
2022-04-29 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech quant-ph
Linear-time classical approximate optimization of cubic-lattice classical spin glasses
NTT Research, Inc.（NTT研究所）；California Institute of Technology（加州理工学院）
本文研究了立方晶格经典自旋玻璃的近似优化问题，证明线性时间经典元启发式方法可作为量子加速的上界，并鼓励开发更高效的启发式算法。
2026-01-25 cond-mat.dis-nn quant-ph
A small-world search for quantum speedup: How small-world interactions can lead to improved quantum annealer designs
有许多因素影响量子退火处理单元的设计。在这里，我们从自旋玻璃的临界行为的角度来解决改进量子退火处理单元设计的问题。有人认为[Phys.Rev.X4，021008（2014）]，在最困难的伊辛自旋玻璃基态问题中，那些与表现出有限温度自旋玻璃转变的晶格相关的问题。在这里，我们表明，在本地准平面量子处理单元图的量子位（自旋）之间添加小世界耦合器的结果在拓扑结构中，无序伊辛系统可以进行有限温度的自旋玻璃转变，即使当伊辛自旋玻璃上的准平面本地图不显示在任何有限温度下转变成玻璃相。为了确保这些系统可以与当前的制造技术，使用大规模的蒙特卡罗模拟，我们证明了高度约束的系统限制到几个制造层，并与固定的耦合器角度也可以表现出有限温度的自旋玻璃化转变。这表明，这些系统可能是平均场，这也意味着嵌入高度非平面的问题可能会被简化相比，底层的原生拓扑结构。我们的研究结果表明，使用准平面嵌合体拓扑结构目前使用的D-波系统公司。量子退火机，以及标准的二维正方形晶格。该方法可以推广到其他拓扑结构。
2018-11-02 cond-mat.dis-nn quant-ph
Quantum Annealing with chaotic driver Hamiltonians
研究在量子退火中引入基于SYK模型的混沌量子驱动哈密顿量，发现其非局域性与非对易性在MaxCut和LABS等大规模优化任务中相比传统横向场退火能实现显著加速。
2024-09-30 cond-mat.str-el quant-ph
Scaling Advantage in Approximate Optimization with Quantum Annealing
本文通过量子退火校正（QAC）在D-Wave Advantage上实现超过1300个逻辑量子比特，首次证明量子退火在近似优化中相对经典算法PT-ICM具有规模化优势。
2024-01-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech quant-ph
Simulated Quantum Annealing Can Be Exponentially Faster than Classical Simulated Annealing
模拟量子退火（SQA）是一种马尔可夫链蒙特卡罗算法，它对量子退火（QA）哈密顿量的平衡热状态进行采样。除了模拟量子系统之外，SQA也被提出作为另一种受物理启发的经典组合优化算法，与经典模拟退火一起。然而，在许多情况下，确定QA和SQA的性能仍然是一个开放的挑战。QA优于经典模拟退火的一个证据来自Farhi，Goldstone和Gutmann的一个例子。设计了一个具有薄的高能量势垒的位对称代价函数，以显示经典模拟退火和量子退火之间的指数分离，对于经典模拟退火，热波动需要指数时间来爬上势垒，量子退火通过势垒并在多时间内达到全局最小值，可以说是利用量子隧穿。在这项工作中，我们应用比较方法严格地表明，马尔可夫链的基础SQA有效地采样的目标分布，并找到全局最小值的尖峰成本函数在多项式时间。我们的工作提供了证据，越来越多的共识，SQA继承至少有一些隧道在QA的优势，所以QA是不太可能实现指数加速超过经典计算仅仅通过使用量子隧道。因为我们只分析一个特定的模型，所以这个证据不是决定性的。然而，这里应用的技术-包括从绝热路径的热启动和使用量子基态概率分布来理解SQA的平稳分布-可能对未来的研究有价值的性能SQA的成本函数QA是有效的。
2016-06-23 cond-mat.stat-mech cs.DS math.PR
Locally Suppressed Transverse-Field Protocol for Diabatic Quantum Annealing
非绝热量子退火（Diabatic quantum annealing，DQA）是绝热量子退火（adiabatic quantum annealing，AQA）的一种替代算法，可用于规避由退火能谱中的小极小值引起的指数减速。我们提出了局部抑制横场（LSTF）协议，一种启发式方法，使随机优化问题与DQA兼容。我们表明，提供了一个优化问题本质上具有磁挫折由于不均匀的局部领域，在问题中的目标量子位总是可以被操纵，以创建一个双最小值的基态和第一激发态之间的能隙在算法的演变。这样的双能量最小值可以用来诱导非绝热跃迁到第一激发态和回到基态。除了与经典和量子算法加速相关外，LSTF协议还可以在现有硬件上执行DQA原理证明和物理实验，前提是横向量子位磁化场存在独立控制。我们讨论了使用LSTF协议时量子退火硬件的相干性要求的影响，特别考虑松弛和退相的情况。我们表明，一个大的系统的弛豫速率可以只依赖于目标量子位呈现新的机会，在量子退火处理器中的散肩环境的表征。
2021-10-22 quant-ph
Achieving Sub-Exponential Speedup in Gate-Based Quantum Computing for Quadratic Unconstrained Binary Optimization
本文提出结合模拟退火与Grover算法的混合量子方法，在625位QUBO酶配方优化问题上实现次指数加速，提升工业适用性。
2025-10-17 quant-ph
Effects of Graph Network Connections on The Efficiency of Quantum Annealing
量子自旋网络的图形结构在量子退火（QA）的应用中起着至关重要的作用。伊辛模型是描述网络中自旋之间相互作用的典型选择。在这里，我们探讨了自旋和底层网络结构之间不同交互类型对QA性能的相互作用。具体地说，我们认为海森堡XY和反对称各向异性交换相互作用模型，除了通常的伊辛模型，在图形结构，从线性链到完全图具有不同的连通性。我们发现，伊辛模型的QA性能表现出较小的变化，不同的交互类型之间的图结构。海森堡XY模型遭受显着的性能损失与线性链以外的连接，我们归因于增加熵的建立。由于退火过程中能隙的减小，各向异性交换相互作用对于完全图来说是不切实际的选择。此外，我们研究了非均匀耦合的影响，并揭示了耦合强度和性能之间的权衡，特别是显着的各向异性交换模型的情况下。
2021-12-17 quant-ph
Exponential Quantum Speedup on Structured Hard Instances of Maximum Independent Set
Gladiolus Veritatis Consulting Co.（Gladiolus Veritatis 咨询公司）
本研究提出了一种非stoquastic的绝热量子优化算法，通过利用最大独立集问题结构硬实例的特性，在多项式时间内实现对经典求解器的指数加速，并揭示了量子加速的核心机制。
2026-01-25 quant-ph
Relation between quantum fluctuations and the performance enhancement of quantum annealing in a nonstoquastic Hamiltonian
我们研究了平均场哈密顿量中量子涨落与量子退火性能显著增强之间的关系。在平均场型多体相互作用Ising自旋系统中，反铁磁横向相互作用使一级量子相变降为二级，这意味着绝热量子计算对量子退火的指数加速.我们研究量子效应是否以及如何在这些一阶和二阶相变周围表现出来，以了解附加到传统横向场伊辛模型的反铁磁横向相互作用是否会引起显着的量子效应。通过测量半经典自旋相干态与真实基态的接近程度以及代表纠缠的纠缠度的大小，我们得出结论，在二阶跃迁附近存在显著的量子涨落，而量子效应在一阶跃迁处不那么突出。虽然跃迁点的位置可以通过经典图像来预测，但跃迁附近的系统性质需要量子力学描述，而不一定是一阶跃迁。研究还发现，从顺磁相的二阶跃迁后，铁磁相内的量子涨落很大。这些结果表明，反铁磁横向相互作用引起了显著的量子效应，这一事实与量子退火性能的显著增强密切相关。
2017-04-19 quant-ph
Quantum resources in non-stoquastic quantum annealing
University of Trento（特伦托大学）；INFN-TIFPA, Trento Institute for Fundamental Physics and Applications（INFN-TIFPA，特伦托基础物理与应用研究所）
研究非随机催化剂哈密顿量在量子退火中如何通过增强纠缠和非稳定化资源，可能实现指数加速，并通过数值模拟验证了这些资源在非随机区域显著存在。
2026-06-08 quant-ph
Best Annealing Path of Quantum Annealing via Efficient Adiabatic Phase Transition
Nissin-Sumiden Energy System R&D Center Sumitomo Electric Industries, Ltd.（住友电气工业有限公司日电Sumiden能源系统研发中心）
本文提出嵌套模拟退火（NSA）方法，推导相关能量计算公式，明确局部极大值与收敛速度的关系，证明合理选择NSA参数可实现高效绝热相变，为经典计算机模拟QMC提供参数选择方法。
2026-09-01 quant-ph
Finite temperature quantum condensations in the space of states: a new perspective for quantum annealing
本文提出将零温凝聚型量子相变推广至有限温度，以自由能替代基态能量，并在格罗弗模型和自由费米子系统中验证，用于构建输出概率指数接近1的量子退火机。
2023-08-30 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Quantum Speedups of Optimizing Approximately Convex Functions with Applications to Logarithmic Regret Stochastic Convex Bandits
Peking University（北京大学）；The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
我们开始研究优化近似凸函数的量子算法。给定一个凸集${\cal K}\subseteq\mathbb{R}^{n}$和一个函数$F\colon\mathbb{R}^{n}\to\mathbb{R}$使得存在一个凸函数$f\colon\mathcal{K}\to\mathbb{R}$满足$\sup_{x\in{\cal K}}|F(x)-f(x)|\leq ε/n$，我们的量子算法找到一个$x^{*}\in{\cal K}$使得$F(x^{*})-\min_{x\in{\cal K}} F(x)\leqε$使用$\tilde{O}(n^{3})$量子求值查询到$F$ .与最著名的经典算法相比，这实现了多项式量子加速。作为应用，我们给出了一个求解带$\tilde{O}(n^{5}\log^{2} T)$遗憾的零阶随机凸强盗问题的量子算法，与经典的$Ω(\sqrt{T})$下界相比，在$T$上有指数级的加速.在技术上，我们实现量子加速$n$利用量子模拟退火框架，并采用量子版本的打了就跑的步行。我们在$T$中对零阶随机凸强盗的加速是由于在平均估计的乘性误差中的二次量子加速。
2022-09-26 cs.LG math.OC quant-ph
