超导量子退火系统中多体相互作用的电路设计及其在可扩展架构中的应用

量子退火通过将优化问题编码为伊辛自旋模型来提供求解方法，这些模型使用物理量子比特实现。优化问题的解对应于系统的基态。利用量子隧穿使系统能够在潜在高度非凸能量景观中移动到基态。在物理量子退火设备中编码优化问题的一个主要困难是，许多现实世界的优化问题需要比物理硬件限制更高连接度的相互作用以及多体项。在这项工作中，我们解决了如何使用原生仅提供两体相互作用的硬件来实现多体相互作用的问题。主要结果是使用超导磁通量子比特高效电路设计此类多体项，其中有效的N体相互作用使用N个辅助量子比特和仅两个电感耦合器实现。然后展示了如何通过将该电路应用于最近提出的嵌入技术来将其用作可扩展架构的单元晶格，该技术用于使用具有最近邻四体相互作用的物理量子比特构建具有任意连接度的逻辑量子比特架构。进一步表明该设计对耦合环路中的非线性效应以及某些电路参数失配具有鲁棒性。