Adiabatické kvantové výpočty
Adiabatický kvantové počítání (v angličtině , adiabatické kvantové počítání nebo AQC ) je metoda kvantové práce na počítači na základě adiabatické teorému , který může být viděn jako metody podtřídy simulované žíhání kvanta.
Princip výpočtu
Nejprve určíme komplexní Hamiltonian, jehož základní stav popisuje řešení studovaného problému. Poté připravíme systém s jednodušším hamiltoniánem, který inicializujeme v základním stavu. Poté necháme tento hamiltonián vyvíjet adiabaticky směrem ke komplexu hamiltoniánů, který jsme určili; podle adiabatické věty systém zůstává v základním stavu a jeho konečný stav popisuje řešení uvažovaného problému.
Adiabatické výpočty by mohly být řešením problému kvantového rozptýlení (in) , podobného problému každodenní dekoherence v kvantových počítačích . Systém je v základním stavu a interference s vnějším světem nemůže dále snižovat jeho energii; na druhé straně, pokud je vnější energie („teplota lázně“) udržována nižší než rozdíl mezi základním stavem a prvním vzrušeným stavem, má systém nízkou pravděpodobnost (úměrně této energii) stavu změny. Systém tak může zůstat v jednom čistém stavu tak dlouho, jak je to nutné.
Výsledky univerzálnosti pro adiabatický model souvisejí s konceptem kvantové složitosti a existencí problémů s QMA (in) . Hamiltonian k místní je QMA-úplný pro k ≥ 2 a výsledky QMA-tvrdosti jsou známé pro síťový model (v) ze qubits , například:
,
kde představují Pauliho matice . Takové modely se používají pro univerzální adiabatický kvantový výpočet. Hamiltoniánci problému QMA-complete mohou být také omezeni na působení na dvourozměrnou mřížku qubitů nebo dokonce na linii kvantových částic s 12 stavy na částici; pokud se takové modely ukáží jako fyzicky proveditelné, mohly by být použity také jako stavební kameny univerzálního adiabatického kvantového počítače.
Praktické problémy
V praxi během výpočtu vznikají problémy. Jak se Hamiltonián postupně mění, vzniká zajímavá část výpočtu (kvantové, neklasické chování), protože několik qubitů je blízko bodu zlomu. Přesně v tomto bodě se základní stav (odpovídající množině orientací qubitů) velmi blíží další energetické úrovni (odlišná sada orientací). Mírný vstup energie (přicházející zvenčí nebo přicházející z Hamiltonovské změny) by mohl vytlačit systém ze základního stavu a zničit výpočet. Pokus o zrychlení výpočtu zvyšuje vnější energii; zvýšení počtu qubitů zužuje bandgap v bodech zlomu.
Kvantové procesory D-Wave
D-Wave One je zařízení postaveno kanadské společnosti D-Wave , který je zde popisován jako provedení simulovaného kvantové žíhání. V roce 2011 společnost Lockheed Martin koupila jednu za přibližně 10 milionů USD; v květnu 2013 Google koupil 512-qubit D-Wave Two . Od roku 2014 stále není jasné, zda procesory D-Wave nabízejí oproti konvenčním komponentům rychlostní výhodu. Testy prováděné výzkumníky z University of Southern California , Federal Institute of Technology Zurich a Google nevykazují žádný jasný kvantový přínos.
Poznámky
- (in) E. Farhi , J. Goldstone , S. Gutmann a Mr. Sipser , „ Kvantový výpočet adiabatickou evolucí “ , arXiv ,2000( číst online , konzultováno 26. listopadu 2007 )
- Viz také článek simulované kvantové žíhání (in) .
- (in) T. Kadowaki a H. Nishimori , „ Kvantové žíhání v příčném Isingově modelu “ , Physical Review E , sv. 58,1 st 11. 1998, str. 5355 ( DOI 10.1103 / PhysRevE.58.5355 )
- (in) AB Finilla , MA Gomez , C. Sebenik a DJ Doll , „ Kvantové žíhání: Nová metoda minimalizace vícerozměrných funkcí “ , Chemical Physics Letters , sv. 219, n o 5,18. března 1994, str. 343-348 ( DOI 10.1016 / 0009-2614 (94) 00117-0 )
- (in) GE Santoro a E. Tosatti , „ Optimalizace pomocí kvantové mechaniky: kvantové žíhání prostřednictvím adiabatické evoluce “ , Journal of Physics A , sv. 39, n o 36,8. září 2006, R393 ( DOI 10.1088 / 0305-4470 / 39/36 / R01 )
- (in) A. Das a BK Chakrabarti , „ Kolokvium Kvantové žíhání a analogový kvantový výpočet “ , Recenze moderní fyziky , sv. 80,5. září 2008, str. 1061 ( DOI 10.1103 / RevModPhys.80.1061 )
- Tito se obecně nazývají digitální kalkulačky , zatímco výpočet pomocí simulovaného kvantového žíhání je spíše analogovým výpočtem .
- (in) J. Kempe , A. Kitaev a O. Regev , „ The Complexity of the Local Hamiltonian Problem “ , SIAM Journal on Computing , Philadelphia, sv. 35, n o 5,27. července 2006, str. 1070–1097 ( ISSN 1095-7111 , DOI 10.1137 / S0097539704445226 , číst online )
- (in) JD Biamonte a PJ Love , „ realizovatelní Hamiltonians pro Universal Adiabatic Quantum Computers “ , Physical Review A , sv. 78, n o 1,28. července 2008, str. 012352 ( DOI 10.1103 / PhysRevA.78.012352 , Bibcode 2008PhRvA..78a2352B , číst online )
- (in) R. Oliveira a BM Beldum , „ Složitost kvantových spinových systémů byla dvourozměrná čtvercová mřížka “ , Quantum Information & Computation , sv. 8,1 st 11. 2008, str. 0900-0924 ( číst online )
- (in) D. Aharonov , D. Gottesman , S. Irani a J. Kempe , „ The Power of Quantum Systems was Line “ , Communications in Mathematical Physics , sv. 287, n o 1,1 st 04. 2009, str. 41–65 ( DOI 10.1007 / s00220-008-0710-3 , Bibcode 2009CMaPh.287 ... 41A , číst online )
- (in) „ Quantum Computing: How D-Wave Systems Work “ , na D-Wave , D-Wave Systems, Inc. (přístup 28. srpna 2014 )
- (in) Nicola Jones , „ Computing: The quantum company “ , Nature Publishing Group , sv. 498,20. června 2013, str. 286-288 ( DOI 10.1038 / 498286a , číst online , konzultováno 2. ledna 2014 )
- (in) S. Boixo , TF Rønnow , SV Isakov , Z. Wang , D. Wecker , DA Lidar a JM Martinis , „ Důkazy kvantového žíhání s více než stovkou qubitů “ , Nature Physics , sv. 10,28. února 2014, str. 218-224 ( DOI 10.1038 / nphys2900 , číst online )
- (in) TF Ronnow , Z. Wang , J. Job , S. Boixo , SV Isakov , D. Wecker a JM Martinis , „ Definování a detekce kvantového zrychlení “ , arXiv ,13. ledna 2014( číst online )
- (fr) Tento článek je částečně nebo zcela převzat z článku anglické Wikipedie s názvem „ Adiabatický kvantový výpočet “ ( viz seznam autorů ) .