量子退火技术的验证与基准测试

在本论文中，我们聚焦于量子退火机的验证与基准测试问题。为此，我们提出了两种用于求解现实问题的算法，并测试了它们在当前一代量子退火机上的性能。第一种算法可用于求解量子系统（或实际上任何动力学系统）的动力学。所提出的第二种算法适用于求解特定的一类铁路调度问题。借助本论文中同样提出的两种用于求解 Ising 模型的经典新策略，我们评估了这些算法在当前一代 D-Wave 量子退火机上的性能。第一种基于张量网络的方法是一种启发式算法，专为求解定义在类 Chimera 图上的实例而定制，因此非常适合提供基线，以便与物理退火机的结果进行比较。另一种提出的方法是在整个解空间中进行穷举（暴力）搜索的大规模并行实现。尽管暴力搜索方法受限于中等规模的实例，但其优势在于能够计算低能谱并验证解。我们的结果表明，当前的量子退火机能够求解上述问题的一个子集。特别地，我们表明 D-Wave 退火机能够在特定的参数区间内捕捉简单量子系统的动力学，并可用于获得铁路冲突管理问题实例的高质量解。最后，我们的研究结果表明，当前一代的 D-Wave 退火机远非完美。我们讨论了退火机未能找到良好解甚至可行解的问题实例。在可能的情况下，我们还提供了一些合理的解释，说明为何所提出的某些问题对退火机而言可能较为困难。