Quantum Annealing for Neural Network optimization problems: a new approach via Tensor Network simulations
本文提出用张量网络模拟量子退火，高效优化神经网络代价函数，并将优化态转化为深度线性扩展的量子电路，为近期量子设备上的电路优化提供起点。
2023-03-10 quant-ph
Quantum Annealing Algorithms for Boolean Tensor Networks
由D-Wave Systems，Inc.制造的量子退火机，是能够找到NP难题的高质量解决方案的计算设备。在这篇文章中，我们探讨了这种量子退火计算布尔张量网络的潜力和有效性。张量提供了一种自然的方式来对许多科学领域中常见的高维数据进行建模，并且将二进制张量表示为布尔张量网络是表达包含分类（即，{0，1}）值作为低维二进制张量的乘积。布尔张量网络是通过布尔张量分解计算的，它通常是不精确的。这种分解的目的是最小化高维输入张量与低维（通常是三维）张量和表示张量网络的矩阵的乘积之间的给定距离度量。本文介绍并分析了布尔张量网络的三种常用算法：Tucker网络、Tensor训练网络和Hierarchical Tucker网络。一个布尔张量网络的计算减少到一个序列的布尔矩阵分解，我们可以表示为一个二次无约束的二元优化问题，适合于解决量子退火。通过使用一种新的方法，我们介绍称为\textit{parallel quantum annealing}，我们证明了张量高达数百万元可以有效地分解使用DWave 2000 Q量子退火。
2022-03-28 cs.ET quant-ph
Thermal lifetime of the centralized repetition code: From quantum annealing to social dynamics
Laboratory for Physical Sciences（物理科学实验室）；Center for Computing Sciences（计算科学中心）
本文探究集中式重复码的热物理特性，采用Lindblad方程框架分析其与热库耦合时的寿命，发现其集中式配置使其具备热稳定性，可稳健存储逻辑比特信息，为量子退火修正（QAC）方法提供热物理层面的支撑。
2026-09-07 quant-ph
Distinguishing thermal versus quantum annealing using probability-flux signatures across interaction networks
Nagoya University（名古屋大学）
研究通过分析交互网络中的概率流特征，区分热退火与量子退火的动力学差异，揭示量子隧穿对退火过程的影响。
2025-12-04 cond-mat.dis-nn cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
Monte Carlo sampling from a projected entangled-pair state in simulations of quantum annealing in the three dimensional random Ising model
Jagiellonian University（雅盖隆大学）
研究通过三维张量网络模拟D-Wave Advantage系统在立方晶格上的随机伊辛模型量子退火，采用确定性方法和高效蒙特卡洛采样验证Kibble-Zurek幂律规律。
2026-09-29 cond-mat.dis-nn cond-mat.str-el quant-ph
Dynamics of open quantum systems by interpolation of von Neumann and classical master equations, and its application to quantum annealing
本文提出了一种利用任意混合参数对冯·诺依曼和经典主方程的动力学进行插值的方法来研究量子动力学中的热效应。这两种动力学通过干预来混合，以不断修改它们的解，从而间接地耦合它们，而不是直接引入耦合项。这使得量子系统即使在引入热效应之后也保持在纯态，并且不仅获得密度矩阵，而且获得状态矢量表示。此外，我们证明了一个两能级系统的动力学可以重写为一组标准的微分方程，导致量子动力学，包括热弛豫。这些方程在弱耦合和渐近极限下等价于光学布洛赫方程，这意味着动力学自然会引起热效应。铁磁和挫折系统的数值模拟支持这一想法。最后，我们使用这种方法来研究量子退火中的热效应，揭示了自旋玻璃模型在一定范围内的退火时间的非平凡的性能改善。这一结果可以使我们能够优化实际退火机的退火时间。
2018-02-10 cond-mat.dis-nn quant-ph
Aluminum Josephson junction microstructure and electrical properties modification with thermal annealing
本文提出一种约瑟夫结热退火工艺，通过使非晶态AlOx势垒氧化物结晶，实现结电阻精确调控（增175%或降60%，精度10%），为固定频率transmon量子比特提供稳定隧穿势垒与可扩展频率微调方案。
2024-03-04 physics.app-ph quant-ph
Large-scale quantum annealing simulation with tensor networks and belief propagation
本文提出图张量网络量子退火器（GTQA），结合置信传播技术实现1000量子比特和5000000双量子比特门规模的经典模拟，显著提高了量子加速实验的门槛。
2024-10-12 quant-ph
Dissipative Landau-Zener problem and thermally assisted Quantum Annealing
我们重新审视的问题，热辅助量子退火的耗散朗道-齐纳问题的详细研究中存在的Caldeira-Leggett浴谐振子，使用弱耦合量子主方程和准绝热路径积分方法。基于已知的零温度精确结果（Wubs等人，PRL 97，200404（2006）），我们表明，只有当有限温度浴也耦合到相对于驱动场横向的自旋方向时，有限温度浴才能对基态几率产生有益影响，而对于更常见的研究，没有获得任何改善纯纵向耦合。特别是，我们还强调，对于横向耦合，提高浴温度进一步提高了快速驾驶制度的基态概率。我们讨论了当前量子退火通量量子位芯片的这些发现的相关性。
2018-07-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Nested Quantum Annealing Correction at Finite Temperature: $p$-spin models
实际器件中的量子退火必然容易受到非绝热跃迁和热噪声引起的误差的影响。嵌套量子退火校正是一种通过在表示逻辑量子比特的一组物理量子比特之间使用全对全惩罚耦合来抑制错误的方法。我们分析表明，嵌套量子退火校正可以有效地抑制铁磁和反铁磁伊辛模型与无限程相互作用的错误。我们的分析表明，嵌套结构可以显着削弱，甚至消除一级相变，其中的能隙关闭指数。嵌套结构还通过降低有效温度来抑制热波动。
2018-03-05 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum Annealing and Tensor Networks: a Powerful Combination to Solve Optimization Problems
本文结合DMRG张量网络与量子退火，利用有限自动机构造MPO，并通过QKP及动态规划对比验证二者协同求解优化问题的潜力。
2024-12-07 cs.IT math.IT math.OC
High-quality Thermal Gibbs Sampling with Quantum Annealing Hardware
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；University of New Mexico（新墨西哥大学）
量子退火（QA）最初是为了加速具有自然编码的组合优化任务的解决方案，如伊辛模型。然而，最近在QA硬件平台上的实验已经证明，在对应于弱相互作用的操作制度中，QA硬件在硬件特定的有效温度下表现得像噪声吉布斯采样器。这项工作建立在这些见解，并确定了一类小的硬件本地的伊辛模型，是强大的噪声影响，并提出了一个程序执行这些模型的QA硬件，以最大限度地提高吉布斯采样性能。实验结果表明，该协议可以从特定于硬件的有效温度中获得高质量的吉布斯样本。此外，我们表明，这个有效的温度可以通过调节退火时间和能量尺度进行调整。在这项工作中提出的程序提供了一种方法，使用QA硬件的伊辛模型采样提出了潜在的新的机会，在机器学习和物理模拟的应用。
2022-02-23 cs.LG quant-ph
Hybrid annealing using a quantum simulator coupled to a classical computer
在崎岖的潜在景观中找到全局最小值是一项计算上很难的任务，通常相当于相关的优化问题。模拟退火是一种通过模拟热噪声来探索配置空间的计算技术。通过缓慢冷却，它将系统冻结在低能量配置中，但算法经常陷入局部极小值。在量子退火中，热噪声被可控的量子涨落所取代，该技术可以在现代量子模拟器中实现。然而，量子绝热方案在quasidgeneracies的存在下变得非常慢。在这里，我们提出了一个策略，结合了模拟退火和量子退火的想法。在这种混合算法中，量子模拟器的结果在经典设备上处理。当量子模拟器通过重复应用量子涨落和执行投影测量来探索配置空间时，经典计算机评估每个配置并强制降低能量。我们已经模拟了这种算法的随机能量模型的小实例，表明它可能优于模拟热退火和绝热量子退火。它对于涉及多个准简并基态的问题是最有效的。
2016-11-29 cond-mat.dis-nn cond-mat.quant-gas physics.comp-ph
Finite temperature quantum annealing solving exponentially small gap problem with non-monotonic success probability
封闭系统量子退火有时会在解决简单问题时出现异常失败，因为问题大小的间隙呈指数级变小。关于这种能隙缩放是否也阻碍了开放系统的量子退火，我们知道的要少得多。在这里，我们研究的量子退火处理器在解决这样一个问题的性能：一个铁磁链与部门的交替耦合强度是经典的平凡，但表现出指数下降的差距在部门的大小。间隙比器件温度小几个数量级。与封闭系统的预期相反，成功的概率上升足够大的部门规模。成功几率与临界点处热可及激发态的数目密切相关。我们证明，这种行为是一致的量子开放系统的描述是无关的热弛豫，而是由系统的性能在临界点。
2018-07-30 quant-ph
Retrieving the ground state of spin glasses using thermal noise: Performance of quantum annealing at finite temperatures
我们研究的问题来推断的基态的自旋玻璃哈密顿量使用的数据从另一个哈密顿量的相互作用干扰的噪声从原来的哈密顿量，激发在量子退火的基态推断噪声设备。结果表明，当噪声系统的温度保持在一个有限值时，推断的自旋组态与真实基态之间的平均汉明距离最小，而不是零温度.我们提出了一个自旋玻璃推广的一个既定的结果，基态的纯铁磁哈密顿量是最好的推断在有限的温度下的意义上最小的汉明距离时，原来的铁磁相互作用被噪声干扰。我们使用数值转移矩阵方法建立一个最佳的有限温度在一维和二维系统的存在性。我们的数值结果得到了平均场计算的支持，给出了最佳温度的显式表达式，以推断自旋玻璃基态作为原始相互作用和噪声的分布的方差的函数。平均场的预测与数值数据定性一致。讨论了量子退火后处理对噪声器件的影响。
2016-09-03 cond-mat.dis-nn quant-ph
Efficient activation of telecom emitters in silicon upon ns pulsed laser annealing
本文提出利用纳秒脉冲激光退火在高纯硅中局域、非侵入式激活G中心，并通过有限元分析揭示其非稳态热过程，为晶圆级可控制备集成量子光子发射体提供新路径。
2024-04-10 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Quantum Annealing of Hard Problems
量子退火类似于模拟退火，其中隧穿机制取代了热激活。它的性能已在数值模拟中进行了测试，得出了不同的结论。有一类优化问题，其效率可以使用基于自旋玻璃的统计力学的技术来分析研究。
2009-10-29 cond-mat.stat-mech quant-ph
Semiclassical approach to finite temperature quantum annealing with trapped ions
最近，它已被证明，被困离子的合奏可以作为一个量子退火的数量划分问题[自然通信DOI：10.1038/ncomms 11524]。这个困难的计算问题可以采用可调自旋玻璃架构来解决。在捕获离子退火器的提议之后，我们在这里研究了它对热效应的鲁棒性，也就是说，我们研究了热声子所起的作用。为了有效地描述系统，我们使用半经典方法，并将其与精确的量子演化进行比较。其目的是更好地理解和表征量子器件如何解决一个难以解决的NP难题。
2018-06-01 cond-mat.quant-gas quant-ph
Enhanced cavity coupling to silicon monovacancies in 4-H Silicon Carbide using below bandgap laser irradiation and low temperature thermal annealing
在4 H-碳化硅（SiC）中的带负电荷的硅单空位$V_{Si}^-$是具有在固态量子计算应用中充当量子位或量子存储器的潜力的自旋活性点缺陷。光子晶体腔（PCC）可以增强$V_{Si}^-$的光发射，但微调缺陷-腔相互作用仍然具有挑战性。我们报告两个后制造过程，导致增强的$V_1^{'}$光发射从我们的1维PCC，表明改善之间的耦合的合奏硅空位和PCC。一种方法涉及在785 nm和532 nm波长下的带隙以下照明和在325 nm下的带隙以上照明，其在几分钟至几小时的时间范围内进行。另一个过程是在$100^o C$中进行20分钟以上的热退火。除上述带隙辐照外，其它工艺均能提高缺陷-腔体耦合，表现在77 K时$V_1^{'}$零声子线的Purcell因子增强。低于带隙的激光工艺归因于电荷状态的改变，改变了$V_{Si}^0$（暗态）与$V_{Si}^-$（亮态）的相对比率，而热退火工艺可以通过碳材料$C_i$的扩散来解释，碳材料$C_i$随后与其他缺陷重新结合以产生额外的$V_{Si}^-$。提出上述带隙辐射最初将$V_{Si}^{0}$转换为$V_{Si}^-$，但也可能导致$V_{Si}^-$扩散离开探针区域，导致光信号的不可逆减少。PCC光谱的观察允许洞察缺陷的修改和相互作用在一个受控的，指定的体积，并指出途径，以改善缺陷腔相互作用。
2020-09-24 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Fabrication of quantum emitters in aluminium nitride by Al-ion implantation and thermal annealing
本研究通过铝离子注入和热退火在氮化铝中制备量子发射体，发现发射体密度随注量增加，600°C退火在最大注量下获得最佳产率，揭示了空位形成机制的关键作用。
2023-10-31 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
On the optimal working point in dissipative quantum annealing
研究了热环境对横场伊辛链量子退火动力学的影响。该环境被建模为一个单一的欧姆浴的量子谐振子弱相互作用的总横向磁化的链在一个conventionally不变的方式。我们发现，在退火过程结束时产生的缺陷的密度显示最小值作为退火时间的函数，所谓的最佳工作点，只有在相当特殊的区域浴温度和耦合强度平面。我们讨论了我们的结果与量子退火硬件的当前和未来的实验实现的相关性。
2018-04-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Power of Pausing: Advancing Understanding of Thermalization in Experimental Quantum Annealers
我们研究了当前一代量子退火硬件（D-Wave 2000 Q）的替代退火时间表，其中包括使用中间暂停的正向和反向退火。这项工作为这些设备（以及一般的量子设备）的内部工作提供了新的见解，特别是热效应如何控制系统动力学。我们表明，暂停中途通过退火可以导致输出分布的急剧变化，我们提供的证据表明热化确实发生在这样的暂停。我们表明，在一个狭窄的区域后不久暂停系统的最小间隙，成功地找到基态的问题哈密顿量的概率可以增加一个数量级。我们将这种效应与最小间隙附近区域发生的非绝热和热激发后的弛豫（即热化）有关。对于一组高达500个量子比特的大规模问题，我们证明了从退火机返回的分布非常接近问题哈密顿量的（经典）玻尔兹曼分布，尽管温度至少比退火机的（有效）温度高1.5倍。此外，我们发现，较大的问题更有可能热化到一个经典的玻尔兹曼分布。
2019-04-28 quant-ph
Thermal Annealing and Radiation Effects on Structural and Electrical Properties of NbN/GaN Superconductor/Semiconductor Junction
本研究探讨了高温退火与伽马辐射对 GaN 上生长的 NbN 薄膜结构与超导性能的影响，发现 950 °C 退火会降低 Tc，而 5 Mrad 辐射影响极小，证明其在强辐射环境量子器件中的应用潜力。
2025-05-28 cond-mat.supr-con quant-ph
Advantages of Unfair Quantum Ground-State Sampling
自二十年前Kadowaki和Nishimori开始该领域以来，围绕量子退火机相对于经典退火机的潜在优势的争论一直在进行。该领域最近的技术突破，导致量子退火优化器的实验原型的制造，其尺寸接近实际范围，重新引发了这一讨论。然而，量子退火加速的演示直到今天仍然是一个难以捉摸的目标。在这里，我们研究量子退火机的功率，以提供一种不同类型的量子增强的实际意义，即，他们的能力，作为有用的采样器从组合优化问题的基态流形。我们研究，无论是通过模拟理想的随机和非随机的量子退火过程的数值，和实验，使用市售的量子退火处理器，量子退火机的能力不同的自旋玻璃的基态样品比经典的热采样器。我们证明了：i）量子退火机一般对自旋玻璃的基态流形的采样与热优化器非常不同，ii）驱动退火过程的量子涨落的性质对基态的最终分布具有决定性影响，iii）实验量子退火机对基态流形的采样与热量子退火机和理想量子退火机显著不同。我们说明了如何量子退火可以作为强大的工具时，补充标准的采样算法。
2017-05-05 quant-ph
A dissipative environment may improve the quantum annealing performances of the ferromagnetic p-spin model
研究了铁磁$ p $ -自旋模型（$ p = 5 $和$ p = 7 $）在耗散环境中的量子退火.这个模型，在大的$ p $限制，编纂的Grover的算法在一个未排序的数据库中进行搜索。耗散环境由有限温度下处于热平衡的声子池描述。动力学的Lindblad的主方程的框架内的约化的密度矩阵只描述的自旋。利用我们的模型哈密顿量的对称性，我们可以描述许多自旋和推断大$ N $和$ p $的预期趋势。虽然在弱系统浴耦合的耗散环境有不利的影响，退火的结果，我们表明，在中间耦合制度，声子浴似乎加快在低温下的退火。这种性能的改善可能不是由于热波动，而是由于相关的旋转浴状态引起的，并且即使在零温度下也持续存在。这一结果可能为一种新的情况铺平道路，在这种情况下，通过适当地设计系统-浴耦合，可以优化低于纯量子或经典极限的量子退火性能。
2018-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Bound on annealing performance from stochastic thermodynamics, with application to simulated annealing
本文基于随机热力学推导退火性能的一般界限，并针对模拟退火中的Glauber动力学给出具体界限计算方法，通过SK模型数值模拟验证其有效性。
2023-11-17 cond-mat.stat-mech quant-ph
