JP2018529142A - 量子処理装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
H(s1,s2,・・・sn)=Σijcijsisj+Σicisi
H(s1,s2,・・・,sn)=Σijkcijksisjsk
ここで、係数cijkは、スピンsi、sj及びsk間の3体相互作用を表し、i>j>kである。このような3体イジングモデルを量子システムにマッピングするステップ、及び対応するイジングスピンモデル問題を量子システムの問題ハミルトニアンへコード化するステップを図13〜図16に示す。本実施形態では、量子システムのキュービットは、3体イジングモデルの3つのスピンの組に対応する。3体イジングモデルでは、R=n(n−1)(n−2)/6組の3つのスピンが存在する。したがって、キュービットの数はR以上である。この場合、前述の2体イジングスピンモデルのマッピングと同様に、補助キュービット及び/又は予備キュービット等の追加のキュービットが含まれてもよい。本実施形態では、図16に示すように、複数のキュービットが3次元正方格子1601に沿って配置される。問題ハミルトニアンは、スピン間で最大2体相互作用を伴うイジングスピンモデルの場合と同様に、式ΣkJkσz (k)を有してもよい。短距離ハミルトニアンは、式ΣlClを有していてもよい。この場合、制約ハミルトニアンClは3次元正方格子のプラケットに対応する。制約ハミルトニアンの数は、2(R−n)個であってもよい。3体制約ハミルトニアンを伴う、及び/又は、補助キュービット及び/又は予備キュービットの含有を伴う量子システムの境界に関する同様の考えが本実施形態にも当てはまる。
Claims (15)
- 複数のキュービットを有する量子システムを用いて計算問題の解を計算する方法であって、
前記計算問題を量子システムの問題ハミルトニアンにコード化するステップであって、前記問題ハミルトニアンが、複数の調整可能なパラメータを有する単体ハミルトニアンであり、前記計算問題から前記複数の調整可能なパラメータに対する問題コード化設定を決定するステップを含む、前記コード化するステップと、
前記量子システムを初期量子状態から前記量子システムの最終ハミルトニアンの基底状態に向けて移行させるステップであって、前記最終ハミルトニアンは前記問題ハミルトニアン及び短距離ハミルトニアンの総和であり、前記問題ハミルトニアンの前記複数の調整可能なパラメータは前記問題コード化設定に存在し、前記短距離ハミルトニアンはdが前記計算問題から独立しているd体ハミルトニアンである、前記移行させるステップと、
前記複数のキュービットの少なくとも一部分を測定することで、前記量子システムの読み出しを取得するステップと、
前記読み出しから前記計算問題の解を決定するステップと、
を含むことを特徴とする量子処理方法。 - 前記量子システムを前記初期量子状態から前記最終ハミルトニアンの前記基底状態に向けて移行させるステップが、量子アニーリングによって前記量子システムの初期ハミルトニアンから前記最終ハミルトニアンに移行するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の量子処理方法。
- 前記量子システムを前記初期ハミルトニアンの基底状態に向けて冷却することにより、前記初期量子状態の前記量子システムを初期化するステップを更に含むことを特徴とする請求項2に記載の量子処理方法。
- 前記複数の調整可能なパラメータが、前記複数のキュービットに作用する単体フィールドの複数のフィールド強度及び/又は複数のフィールド方向を含むことを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の量子処理方法。
- 前記初期ハミルトニアンから前記最終ハミルトニアンへの量子アニーリングを実行するステップが、前記初期ハミルトニアンを前記最終ハミルトニアンに断熱的に移行させるステップを含むことを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の量子処理方法。
- 前記短距離ハミルトニアンは、d=4であるd体ハミルトニアンであることを特徴とする請求項1から5の何れかに記載の量子処理方法。
- 前記短距離ハミルトニアンは、前記計算問題から独立していることを特徴とする請求項1から6の何れかに記載の量子処理方法。
- 前記複数のキュービットが2次元格子又は3次元格子に沿って配置されることを特徴とする請求項1から7の何れかに記載の量子処理方法。
- 前記複数のキュービットが2次元格子に沿って配置され、前記短距離ハミルトニアンが、前記2次元格子のプラケットに対応する4つのキュービットからなるグループ間での相互作用を伴うことを特徴とする請求項1から8の何れかに記載の量子処理方法。
- 前記計算問題がNP困難問題であることを特徴とする請求項1から9の何れかに記載の量子処理方法。
- 前記問題ハミルトニアンが式ΣkJkσz (k)を有し、σz (k)が前記複数のキュービットのk番目のキュービットのパウリ演算子であり、各Jkが係数であり、前記係数Jkが前記問題ハミルトニアンの前記複数の調整可能なパラメータを形成することを特徴とする請求項1から10の何れかに記載の量子処理方法。
- 前記問題コード化設定を決定するステップが、
前記計算問題を予備の計算問題にマッピングするステップであって、前記予備の計算問題が長距離スピンモデルの基底状態(mが1、2又は3のm体相互作用を有する長距離スピンモデルの基底状態)を決定するステップを含む、前記マッピングするステップと、
前記長距離スピンモデルから前記問題コード化設定を決定するステップと、
を含むことを特徴とする請求項1から11の何れかに記載の量子処理方法。 - 前記長距離スピンモデルにおけるスピンの複数の閉ループから前記短距離ハミルトニアンを決定するステップを更に含むことを特徴とする請求項12に記載の量子処理方法。
- 計算問題の解を計算する装置であって、
複数のキュービットを有する量子システムと、
前記量子システムの基底状態に向けて前記量子システムを冷却するのに適した冷却ユニットと、
量子アニーリングによって前記量子システムの初期ハミルトニアンを前記量子システムの最終ハミルトニアンに移行させるのに適したプログラム可能な量子アニーリングユニットであって、前記最終ハミルトニアンが問題ハミルトニアン及び短距離ハミルトニアンの総和であり、前記問題ハミルトニアンが複数の調整可能なパラメータを有する単体ハミルトニアンである、量子アニーリングユニットと、
前記複数のキュービットの少なくとも一部分を測定するのに適した測定装置と、
前記プログラム可能な量子アニーリングユニット及び前記測定装置に接続された古典的計算システムと、を備え、
前記古典的計算システムは、
計算問題を入力として受信するステップと、
前記計算問題を前記問題ハミルトニアンにコード化するステップであって、前記計算問題から前記問題ハミルトニアンの前記複数の調整可能なパラメータに対する問題コード化設定を決定するステップを含む、前記コード化するステップと、
前記問題コード化設定を前記量子アニーリングユニットに伝達するステップと、を実行するように構成され、
前記プログラム可能な量子アニーリングユニットは、
前記古典的計算システムから前記問題コード化設定を受信するステップと、
量子アニーリングによって前記初期ハミルトニアンを前記最終ハミルトニアンに移行させるステップであって、前記問題ハミルトニアンの前記複数の調整可能なパラメータが前記問題コード化設定に存在する、前記移行させるステップと、を実行するように構成され、
前記古典的計算システムは、
前記測定装置から前記量子システムの読み出しを受信するステップと、
前記読み出しから前記計算問題の解を決定するステップと、を更に実行するように構成されていることを特徴とする量子処理装置。 - 計算問題の解を計算するためのプログラム可能な量子アニーリング装置であって、
2次元格子に沿って配置された複数の超電導キュービットを有する量子システムと、
複数の調整可能な磁束を生成するように構成された複数の磁束バイアスユニットを有する磁束バイアスアセンブリであって、各調整可能な磁束が前記複数の超電導キュービットのうち単一の超電導キュービットに作用する、磁束バイアスアセンブリと、
プラケットハミルトニアンに従い、前記複数の超電導キュービットを結合するように構成された少なくとも1つの超電導量子干渉装置を有する結合ユニットと、
前記磁束バイアスユニット及び前記結合ユニットに接続された制御装置と、備え
前記制御装置は、
前記量子システムの問題ハミルトニアンの複数の調整可能なパラメータに対する問題コード化設定を受信するステップであって、前記問題ハミルトニアンが単体ハミルトニアンであり、前記問題コード化設定が計算問題をコード化する、前記受信するステップと、
前記磁束バイアスアセンブリ及び前記結合ユニットを制御して、量子アニーリングによって前記量子システムの初期ハミルトニアンを前記量子システムの最終ハミルトニアンに移行させるステップであって、前記最終ハミルトニアンが前記プラケットハミルトニアン及び前記問題ハミルトニアンの総和であり、前記問題ハミルトニアンの前記複数の調整可能なパラメータが前記問題コード化設定に存在する、前記制御するステップと、を実行するように構成されていることを特徴とする量子アニーリング装置。
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