[发明专利]利用量子退火增强模拟退火

说明书

一种用于利用量子波动增强模拟退火的方法和设备。在一方面，一种方法包括：获得输入状态；利用温度降低调度对输入状态执行模拟退火，直到能量的减小低于第一最小值为止；响应于确定能量的减小低于第一最小级别，而终止模拟退火；输出第一演化状态和第一温度值；将温度降低到最小温度值；利用横向场增加调度对第一演化状态执行量子退火，直到第二事件的完成发生为止；响应于确定第二事件的完成已经发生，而终止量子退火；以及输出第二演化状态作为用于模拟退火的随后输入状态，并确定第一事件的完成已经发生。

技术领域

背景技术

本说明书涉及量子计算。

优化任务可以转化为机器学习优化问题。在优化的退火方法中，计算任务的优化的解决方案在物理系统的最低能量配置中编码。最低能量配置可以通过热退火来实现，例如冷却系统接近零温度，或者最低能量配置可以通过量子退火来实现，例如隧穿通过能量势垒。

发明内容

本说明书涉及构造和编程用于量子退火过程的量子硬件。特别地，该说明书描述了利用量子波动增强模拟退火的技术。

通常，本说明书中描述的主题的一个创新方面可以用一种方法实现，该方法包括以下动作：获得初始输入状态；在初始输入状态和随后输入状态执行模拟退火和量子退火，直到第一事件的完成为止；并且确定第一事件的完成已经发生。

该方面的其他实施方式包括对应计算机系统、设备和记录在一个或多个计算机存储装置上的计算机程序，所述计算机系统、设备和计算机程序的每一个被配置为执行所述方法的动作。一个或多个计算机的系统可以被配置为借助于安装在系统上的软件、固件、硬件或其组合来执行特定的操作或动作，该软件、固件、硬件或其组合在操作中促使系统执行所述动作。一个或多个计算机程序可以被配置为借助于包括以下指令来执行特定操作或动作，所述指令当由数据处理设备运行时，促使该设备执行动作。

前述和其他实施方式中的每一个能够可选地、单独或组合地、包含以下特征中的一个或多个。在一些实施方式中，对初始输入状态和随后输入状态执行模拟退火和量子退火包括：接收输入状态，该输入状态是初始输入状态或随后输入状态之一；利用温度降低调度对输入状态执行模拟退火，直到能量的减少低于第一最小值为止；响应于确定能量的减少低于第一最小级别，终止模拟退火；输出第一演化状态和第一温度值；将温度降低到最小温度值；利用横向场增加调度对第一演化状态执行量子退火，直到第二事件的完成发生为止；响应于确定第二事件的完成已经发生，终止量子退火；并且输出第二演化状态作为模拟退火的随后输入状态。

在其他实施方式中，确定所述第一事件的完成已经发生包括：确定所述第一温度值低于或等于所述最小温度值。

在某些情况下，初始输入状态是物理系统的状态，该物理系统的基态编码优化任务的解决方案。

在其他情况下，确定第一事件的完成已经发生还包括：利用第一温度值对第一演化状态输出执行测量，以确定优化任务的解决方案。

在一些实施方式中，利用温度降低调度对输入状态执行模拟退火包括：执行梅特罗波利斯算法。

在其他实施方式中，执行量子退火包括：重复多次量子退火的扫描，直到第二事件的完成发生为止。

在进一步的实施方式中，执行量子退火包括：重复多次量子退火的扫描，直到能量的减少低于第二最小值，其中第二最小值不同于第一最小值。

在某些情况下，执行量子退火包括：创建连通子图的列表；计算用于每个连通子图的最低可实现能量值；计算当前能量值和用于每个连通子图的最低可实现能量值之间的差值；确定至少一个差值为正；选择实现总体最大正差值的子图和对应转变；并执行实现总体最大正差值的对应转变。

在一些情况下，连通子图具有尺寸K。

在一些实施方式中，重复扫描的数量最多为Q_SN/K，其中Q_S是量子扫描的预定数量，N是系统尺寸。