利用相干伊辛机高效采样伊辛自旋基态与低能构型

Edwin Ng; Tatsuhiro Onodera; Satoshi Kako; Peter L. McMahon; Hideo Mabuchi; Yoshihisa Yamamoto

doi:10.1103/PhysRevResearch.4.013009

利用相干伊辛机高效采样伊辛自旋基态与低能构型

量子物理 2022-01-31 v2 光学

作者: Edwin Ng , Tatsuhiro Onodera , Satoshi Kako , Peter L. McMahon , Hideo Mabuchi , Yoshihisa Yamamoto

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摘要

我们展示了基于测量反馈的相干伊辛机(MFB-CIM)在量子噪声存在下的非线性随机动力学可用于采样伊辛模型的简并基态与低能自旋构型。我们建立了 MFB-CIM 的一般离散时间高斯态模型,该模型忠实捕捉系统阈值处及阈值以上的非线性动力学。此模型克服了平均场模型(忽略量子噪声)和连续时间模型(假设长光子寿命)的局限。我们模型的数值模拟表明,当 MFB-CIM 在短光子寿命(即低腔精细度)的量子噪声主导区工作时,系统的零差监测可高效产生低能伊辛自旋构型的样本,所需采样往返次数远少于既有高精细度连续时间模型所建议的。我们发现采样性能对关闭或完全反转参量驱动的符号具有鲁棒性甚至有所提升,但在无光学非线性时性能急剧下降。对于具有二值符号边权的 MAX-CUT 问题类,足以完全采样至第一激发伊辛能级的全部自旋构型(含所有简并)的往返次数随 $1.08^N$ 标度。在 $N = 100$ 的问题规模下,每实例具有数十个(中位数 20)此类期望构型时,我们发现中位充足采样时间为 $6\times10^6$ 次往返;在以 10 GHz 重复频率实验实现的 MFB-CIM 中,这对应于 60 ms 的挂钟采样时间。

关键词

相干伊辛机伊辛模型量子噪声高斯态模型低能采样 MAX-CUT

引用

@article{arxiv.2103.05629,
  title  = {Efficient sampling of ground and low-energy Ising spin configurations with a coherent Ising machine},
  author = {Edwin Ng and Tatsuhiro Onodera and Satoshi Kako and Peter L. McMahon and Hideo Mabuchi and Yoshihisa Yamamoto},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2103.05629},
  year   = {2022}
}

备注

The first two authors contributed equally to this work. 24 pages, 9 figures

利用相干伊辛机高效采样伊辛自旋基态与低能构型

摘要

关键词

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