Non-Stoquastic Interactions in Quantum Annealing via the Aharonov-Anandan Phase
我们认为，一个完整的描述量子退火（QA）实现连续变量必须考虑到非绝热Aharonov-Anandan几何相位时，系统的哈密顿量在退火过程中的变化。我们表明，这种几何效应导致出现的非随机项的有效量子伊辛哈密顿量，通常用于描述QA与通量量子比特。我们明确地证明了这些几何相互作用的效果时，QA是一个和两个耦合的磁通量子比特的系统进行。从计算复杂性的角度来看，非随机哈密顿算子的实现具有重要的意义，因为据信在许多情况下，具有随机哈密顿算子的QA可以通过经典算法（例如量子蒙特卡罗）有效地模拟。众所周知，与通量量子比特的非随机相互作用的直接实现特别具有挑战性。我们的研究结果提出了一种替代路径，通过几何相位，可以利用计算的目的，实现非随机相互作用。
2017-01-25 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
Validating a Two Qubit Non-Stoquastic Hamiltonian in Quantum Annealing
我们提出了一个双量子位实验验证可调反铁磁$XX$相互作用的量子退火。这样的相互作用允许与时间相关的哈密顿量是非随机的，并且瞬时基态在计算基础中可以具有负振幅。我们的建设依赖于如何伊辛哈密顿的基态的简并是打破了从退火的终点：以上的反铁磁$XX$相互作用强度的一定值，微扰基态在退火结束时从对称到反对称状态的变化。这种变化与伊辛基态之一的抑制相关联，然后可以使用单独的计算基础测量来检测伊辛基态。我们表明，退火协议的半经典近似未能再现这一功能，使其成为候选人的“量子签名”的演变。
2020-01-09 quant-ph
Nonstoquastic Hamiltonians and Quantum Annealing of an Ising Spin Glass
我们研究了量子退火机性能中的哈密顿复杂性的作用。我们考虑两个一般类的退火哈密顿：随机的，这可以有效地使用量子蒙特卡罗算法模拟，和nonstoquastic的，这不能有效地处理。我们实现了后者通过添加反铁磁耦合的双自旋驱动程序项，传统上研究的横向场伊辛模型，并比较其性能与类似的随机哈密顿铁磁耦合的附加条款。我们专注于远程伊辛自旋玻璃作为我们的问题哈密顿量的模型，并进行退火机之间的比较，通过数值计算他们的成功概率，在解决随机情况下的问题哈密顿量的系统高达17个自旋。我们发现，对于一小部分更难的情况下，nonstoquastic哈密顿大大优于他们的stoquastic同行和他们的优势持续系统规模的增长。我们猜想，所观察到的改善性能是密切相关的非随机哈密顿的挫折性质。
2017-05-15 cond-mat.stat-mech 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
Eigenvalue-invariant transformation of Ising problem for anti-crossing mitigation in quantum annealing
我们提出了伊辛问题的能量景观变换（ELTIP），它改变了状态和本征值的组合，而不改变所有原始本征值[arXiv：2202.05927]。我们研究了量子退火过程中ELTIP对基态和第一激发态两个能级之间的反交叉的影响。我们使用一个5自旋最大加权独立集的问题，数值研究的反交叉。为了比较，我们引入了一个非随机的哈密顿量，增加了反铁磁相互作用的正常横向磁场。用非随机哈密顿量退火对困难问题是有效的。当基态和末态的第一激发态之间的能隙很小时，非随机哈密顿量减轻了反交叉。当使用ELTIP时，反交叉消失。对于本文研究的问题，ELTIP缩短了退火时间，以保证绝热变化超过非随机哈密顿量。
2023-01-25 quant-ph
Limitation of Stoquastic Quantum Annealing: A Structural Perspective
本文从结构视角分析随机横向场量子退火在结构化最大独立集实例上的局限性，通过有效双块哈密顿量约化和非正交基广义本征值方法解析推导出导致指数级小能隙的免交叉机制，为设计非随机驱动项绕过隧穿瓶颈提供理论依据。
2025-09-18 quant-ph
Nonstoquastic catalyst for bifurcation-based quantum annealing of ferromagnetic $p$-spin model
针对铁磁$p$-自旋模型量子退火因一阶相变难寻基态的问题，提出一种用于基于分岔的量子退火的非随机催化剂，可将一阶相变消除，使能隙从随系统尺寸指数衰减变为多项式衰减，有望提升退火性能。
2023-05-08 cond-mat.stat-mech quant-ph
Enhancement of quantum annealing via n-local catalysts
University College London（伦敦大学学院）；Indian Institute of Technology, Bhubaneswar（印度理工学院布巴内斯瓦尔分校）；London Centre for Nanotechnology（伦敦纳米技术中心）
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
Emulating XX catalysts for quantum annealing via self-consistent transverse fields
Michigan State University（密歇根州立大学）
研究如何通过自洽横向场模拟用于量子退火的催化剂，介绍了具体方法，经多阶段近似后能产生与原始催化剂相符的动力学，为近期量子退火器提供了可行替代方案。
2026-07-16 cond-mat.stat-mech quant-ph
Exponential Enhancement of the Efficiency of Quantum Annealing by Non-Stochastic Hamiltonians
非随机哈密顿量在其标准计算基的矩阵表示中的非对角元素中具有正号和负号，因此由于符号问题而不能通过标准量子蒙特卡罗方法有效地模拟。我们描述了我们的分析研究这种类型的哈密顿与无限范围的非随机以及随机相互作用的角度可能提高量子退火或绝热量子计算的效率。结果表明，多体横向相互作用，如$XX$和$XXXXX$与正系数附加到一个随机横向场伊辛模型呈现的哈密顿量的非随机和减少一阶量子相变在简单的横向场的情况下，一个二阶过渡。这意味着量子退火的效率是指数增强的，因为一阶跃迁具有指数小的能隙（因此具有指数长的计算时间），而二阶跃迁具有多项式衰减的能隙（多项式计算时间）。这里给出的例子代表了罕见的情况下，强量子效应，在这个意义上，他们不能有效地模拟在标准的量子蒙特卡罗，分析已被证明以指数方式提高效率的量子退火的组合优化问题。
2017-02-18 quant-ph
Exact expression of the energy gap at first-order quantum phase transitions of a non-stoquastic Hamiltonian
用半经典方法研究了平均场型非随机哈密顿量的基态和第一激发态之间的能隙。在横场作用下，具有$p$ -体铁磁相互作用的全连通平均场模型中，$p\ge 3$存在一级量子相变。通过引入反铁磁横向相互作用，这使得哈密顿量非随机的，这种一阶跃迁被降低到$p\ge 5$的二阶。这种减少的过渡的顺序意味着一个指数加速的量子退火绝热过程，因为一阶过渡被证明有一个指数小的能隙，而第二阶的情况下没有。我们应用半经典方法解析地导出了一级跃迁时能隙指数衰减速率的显式表达式。结果揭示了一级相变特性随系统参数的变化规律。我们还推导出一阶跃迁线在铁磁相内消失的临界点的精确封闭形式表达式。这些结果有助于我们理解反铁磁横向相互作用是如何通过控制哈密顿量中的非随机效应来影响量子退火的性能的。
2017-07-24 quant-ph
Exponential Speedup of Quantum Annealing by Inhomogeneous Driving of the Transverse Field
我们表明，对于量子退火，在有和没有纵向随机场的p体相互作用平均场型模型中，某种类型的横向场的非均匀驱动擦除一阶量子相变。由于一阶相变由于指数小的能隙而对量子退火（绝热量子计算）造成严重困难，因此去除一阶相变意味着退火过程的指数加速。本方法可以作为一个简单的协议，量子退火的性能增强，补充非随机哈密顿。
2018-01-06 cond-mat.stat-mech quant-ph
Simultaneous Stoquasticity
随机哈密顿在局部哈密顿问题的计算复杂性以及经典可模拟性的研究中发挥了作用。特别是，随机哈密顿可以直接模拟使用蒙特卡罗技术。我们解决的问题，是否两个或两个以上的哈密顿可以同时随机通过一个单一的变换。这个问题对于模拟量子退火的复杂性具有重要意义，其中量子优势与退火中涉及的哈密顿量的随机性有关。我们发现，几乎所有的问题都没有这样的酉存在，并表明，确定存在这样一个酉的问题是等同于确定是否有一个解决方案的系统的多项式（中）等式的矩阵元素的初始和变换的哈密顿。求解这样的方程组是NP难的。我们强调这个问题的几何理解广义布洛赫向量的集合。
2022-06-17 quant-ph
Stoquastic simulations of non-stoquastic superconducting flux circuits
Raymond and Beverly Sackler School of Physics and Astronomy, Tel Aviv University（特拉维夫大学雷蒙德和贝弗利·萨克勒物理与天文学学院）；Information Sciences Institute, University of Southern California（南加州大学信息科学研究所）；Department of Physics and Astronomy and Center for Quantum Information Science & Technology, University of Southern California（南加州大学物理与天文学系及量子信息技术科学中心）
本研究通过直接模拟非退相干超导磁通电路，消除了符号问题，挑战了超导磁通电路作为通用绝热量子计算机的可行性。
2026-01-13 quant-ph
Enhancing the Energy Gap of Random Graph Problems via XX-catalysts in Quantum Annealing
针对量子退火求解组合优化问题中的一阶相变能隙瓶颈，提出在图所有边上使用多个 XX-catalysts 显著增强 MWIS 问题的最小能隙，且相变越严重效果越好，stoquastic catalyst 优于 non-stoquastic 版本。
2024-09-24 quant-ph
Greedy parameter optimization for diabatic quantum annealing
量子计算需要更短的处理时间以最小化噪声的影响。我们提出了一个简单的程序，以变分确定一组参数的横向场伊辛模型的量子退火附加沿$y$轴的字段。该方法包括贪婪优化的符号的系数的$y$字段项的基础上的输出短退火过程。我们测试的想法在铁磁系统的所有到所有的耦合和自旋玻璃问题，并发现该方法优于传统形式的量子退火和模拟退火的成功概率和时间的解决方案，特别是在较短的退火时间的情况下，实现了提高性能的目标，同时避免噪音。非随机$σ^y$项可以通过自旋空间中的旋转来消除，从而导致随机横场伊辛模型中系数的非平凡非绝热控制，这对于实验实现可能是可行的。
2022-12-07 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
On complexity of the quantum Ising model
研究了与横场伊辛模型（TIM）有关的几个问题的复杂性.首先，我们考虑的问题，估计的基态能量被称为局部哈密顿问题（LHP）。它表明，TIM的LHP的度-3图是等价的模多项式约化的LHP的一般k-局部“随机”哈密顿与任何常数$k\ge 2$。这一结果意味着，估计基态能量的TIM度-3图是一个完整的问题的复杂性类StoqMA -经典类MA的扩展。作为一个推论，我们完成了2-本地哈密顿的复杂性分类与一个固定的相互作用最近提出的Cueland和Montanaro。其次，我们研究了寻找与困难优化问题相关的经典自旋哈密顿量的基态的量子退火算法。我们证明了TIM哈密顿量的量子退火与k-局部随机哈密顿量的某个子类的量子退火是等价的模多项式约化。这个子类包括所有可表示为k-局部对角哈密尔顿算子和2-局部随机哈密尔顿算子之和的哈密尔顿算子。
2014-10-02 quant-ph
Effects of XX-catalysts on quantum annealing spectra with perturbative crossings
研究XX催化剂对量子退火谱的影响，发现其效果对问题编码极敏感，并揭示基态矢量负分量在能隙响应中的关键作用，探讨了闭合能隙在非绝热协议中的潜在利用。
2023-11-13 quant-ph
Rapid mixing of path integral Monte Carlo for 1D stoquastic Hamiltonians
路径积分量子蒙特卡罗（PIMC）是一种利用马尔可夫链蒙特卡罗方法从经典吉布斯分布中采样来估计随机量子自旋系统的热平衡性质的方法。PIMC方法已被广泛用于研究材料物理和模拟量子退火，但这些成功的应用很少伴随着正式的证明，即PIMC下的马尔可夫链迅速收敛到所需的平衡分布。在这项工作中，我们分析的混合时间的一维随机哈密顿，包括无序横向伊辛模型（TIM）与长程代数衰减的相互作用，以及无序XY自旋链与最近邻相互作用的PIMC。通过将收敛时间限制在平衡分布，我们严格证明了使用PIMC来近似配分函数和这些模型在逆温度下的观测值的期望值，这些温度与量子位数的比例最接近。混合时间的分析是基于正则路径方法应用到单站点的Metropolis马尔可夫链的吉布斯分布的2D经典自旋模型与耦合相关的相互作用的量子哈密顿量。由于该系统具有随系统尺寸增长的强非各向同性耦合，因此它不会落入已知的2D经典自旋模型快速混合的已知情况。
2021-02-05 cond-mat.stat-mech cs.DS quant-ph
Reshaping quantum annealing landscapes with diagonal catalysts
Qilimanjaro Quantum Tech（Qilimanjaro量子技术）；Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学）；Universitat Politècnica de Catalunya（加泰罗尼亚理工大学）
该研究针对量子退火常受局部极小值限制的问题，引入数学框架理解能量与汉明距离联系，构建ZZ催化剂，通过小无挫折子问题基态模式使远离解的构型竞争力减弱，在稀疏问题等上有效果且可调节。
2026-07-16 quant-ph
Improving nonstoquastic quantum annealing with spin-reversal transformations
在量子蒙特卡罗模拟中，由于符号问题，非随机哈密顿量很难模拟。然而，目前还不清楚非随机性是否能在量子退火中产生优势。在这里，我们表明，量子位之间的YY相互作用使量子退火过程中的绝热路径，因此，性能，依赖于自旋反转变换。通过正确选择自旋反转变换，具有YY相互作用的非随机哈密顿量可以优于具有相似参数的随机哈密顿量。我们引入了一个优化协议来确定最佳的转换，并讨论了次优性的影响。
2020-09-30 quant-ph
Two-parameter counter-diabatic driving in quantum annealing
在横场伊辛模型的哈密顿量中引入一个双参数近似反绝热项来加速量子退火的收敛，推广了现有的单参数方法.该协议是相当于非常规的非绝热控制的纵向和横向领域的横向场伊辛模型，从而使其更可行的实验实现比引入新的条款，如非随机催化剂朝着相同的目标，性能增强。我们测试的想法$p$自旋模型与$p=3$，其中有一个一阶量子相变，并表明，我们的双参数方法导致显着更大的基态保真度和较低的剩余能量比传统的量子退火以及单参数方法。我们还发现，与传统方法相比，在一定的参数范围内，作为系统大小的函数的解决方案的时间方面的缩放优势。
2021-03-09 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum speedup in stoquastic adiabatic quantum computation
量子计算为解决某些数学问题提供了与经典计算机相比的指数加速。受当前在量子计算设备上的快速实验进展的激励，已经研究了各种量子计算模型以显示量子计算优势。在商业方面，量子退火机实现了具有横场的量子伊辛模型，并以图解法求解组合优化问题。这台机器的计算能力与绝热量子计算（AQC）密切相关，具有受限类型的哈密顿量，即随机哈密顿量，并且被认为与通用量子计算机相比相对较弱。对于随机哈密顿量的AQC计算量子加速和优势知之甚少。在这里，我们描述的计算能力与随机哈密顿量，我们称之为stoqAQC的AQC。我们构造了一个具体的stoqAQC模型，它的最低能隙是多项式下界的，因此可以在多项式时间内得到最终态。然后，我们表明，它可以模拟通用的量子计算，如果自适应单量子比特的测量在非标准的基础上允许的最终状态。即使测量被限制为非自适应测量，以尊重AQC的鲁棒性，所提出的模型表现出量子计算的优越性，经典的模拟是不可能的复杂性下的理论架构。此外，发现这样的stoqAQC模型可以模拟Shor算法并在多项式时间内解决因子分解问题。我们还提出了如何克服测量缺陷，通过量子纠错的stoqAQC模型，也是一个实验上可行的验证计划，以测试是否stoqAQC是忠实地做。
2018-03-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech cs.CC
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
Quantum Annealing for Combinatorial Optimization: Foundations, Architectures, Benchmarks, and Emerging Directions
AIONOS
本文综述了量子退火在组合优化中的应用，探讨了其理论基础、硬件架构、算法实现及性能瓶颈，指出嵌入和编码开销对可扩展性和性能的影响。
2026-02-03 quant-ph
Best Annealing Path of Simulated 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。
2026-11-09 quant-ph
RFOX (Rotated-Field Oscillatory eXchange) quantum algorithm: Towards Parameter-Free Quantum Optimizers
Centro de Investigación en Computación, Instituto Politécnico Nacional（国家理工学院计算研究中心）；Centro de Tecnologías en Cómputo y Comunicación, FESC - Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学FESC计算与通信技术研究中心）；Research Center for Quantum Physics, Huzhou University（湖州大学量子物理研究中心）
本文提出了一种无参数量子算法RFOX，结合几乎恒定的非stoquastic XX催化剂和弱谐振ZX反 diagonal项，通过Floquet-Magnus展开推导出有效哈密顿量，产生局部Y场、场调制的二体项和多局部三体拓扑相互作用，从而实现几乎平坦的瞬时能隙，避免传统驱动方案中常见的不可预测的能隙坍缩。
2026-05-19 math.OC quant-ph
Beyond Stoquasticity: Structural Steering and Interference in Quantum Optimization
本文分析了非随机量子算法 DIC-DAC-DOA 求解最大独立集问题，利用 XX 驱动项产生的符号结构与量子干涉实现超越随机算法和经典算法的指数级加速，并提出可扩展简化模型以在现有量子计算机上验证量子优势。
2025-09-18 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
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
Robustness of diabatic enhancement in quantum annealing
本文研究了量子退火中利用催化剂调控能谱实现非绝热增强的鲁棒性，发现催化剂强度精度与退火时间之间存在权衡关系。
2024-02-21 quant-ph
A variational coherent quantum annealing protocol
Kipu Quantum GmbH（基普量子有限公司）
提出经典-量子混合的变分相干量子退火（VCQA），通过分段调度函数和首尾消失的辅助哈密顿量，在相干时间内显著降低基态误差。
2026-10-28 quant-ph
Diagonal Catalysts in Quantum Adiabatic Optimization
我们提出了一个协议的量子绝热优化，其中一个中间的哈密顿是对角线的计算基础是打开和关闭插值期间。这种“对角催化剂”的作用是偏向一个给定的自旋配置的能量景观，我们展示了如何这可以消除一阶相变中存在的铁磁$p$ -自旋和弱-强集群问题的标准协议。该协议的成功也清楚地表明了它是如何失败的：如果从基态的汉明距离和偏置状态的能量相关，则将能量景观偏向一个状态仅有助于找到基态。我们提出的例子中，偏向低能量状态，但仍然是非常远的汉明距离从基态可以严重恶化的算法的效率相比，标准协议。对角催化剂协议的结果是类似的绝热反向退火所表现出的结果，所以我们的结论应该适用于该协议以及。
2021-02-15 quant-ph
An exact solution of the partition function for mean-field quantum spin systems without the static approximation
Suzuki-Trotter分解是计算量子自旋系统配分函数的一种常用方法，但在该方法中不可避免地会出现配分函数的时间依赖性。由于很难明确地处理配分函数的时间-时间依赖性，我们通常忽略时间-时间动力学效应，这被称为静态近似。虽然静态近似是第一种方法，但对于平均场量子自旋系统，静态近似何时成立还不清楚，也就是说，迄今为止，平均场量子自旋系统还没有被精确地求解。在这项研究中，我们精确地解决了配分函数的一类特殊的平均场量子自旋系统的随机性，没有静态近似。配分函数可以看作是时-时薛定谔方程随时间演化的结果，求解配分函数的精确解等价于求解时-时薛定谔方程的最优控制问题.其结果是，最优控制问题的解决方案完全符合静态近似解的配分函数，因此，静态近似是准确的特定类的平均场量子自旋系统，包括一般的随机性。此外，我们证明了以前的量子退火研究的分析是准确的，其中的非随机相互作用和非均匀横向场加速计算时间指数平均场量子自旋系统。
2018-08-29 cond-mat.stat-mech 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
Steering random spin systems to speed up the quantum adiabatic algorithm
一般的含时量子系统可以通过在哈密顿量中加入一个控制项而从其初始基态快速驱动到其最终基态而不产生跃迁。我们展示了如何修改这种技术，以改善标准的量子绝热算法，使一个单一的粒子和集群近似的转向项。将该方法应用于随机场中的一维伊辛模型。对于强无序的限制，修正项显着提高的概率，为整个系统保持在基态的建议非随机退火协议。我们证明了即使当量子比特之间的相互作用较强时发生跃迁，最可能的量子态也是最终哈密顿量的较低能量态之一。由于该方法可以应用于任何模型，并且可以对转向项进行更复杂的近似，因此新技术为量子绝热算法的改进开辟了一条途径。
2018-11-10 cond-mat.dis-nn quant-ph
