我们提出了一种新颖的量子技术,用于在多维对撞机数据中搜索未建模的异常。我们建议将伊辛格子自旋站点与每个容器相关联,并使用根据观测数据和相应的理论期望适当构建的伊辛汉密尔顿量。为了捕获数据中的空间相关异常,我们引入了相邻站点之间的自旋-自旋相互作用以及自相互作用。所得伊辛汉密尔顿量的基态能量可用作新的检验统计量,可以通过经典方法或绝热量子优化计算。我们证明我们的检验统计量优于一些最常用的拟合优度检验。新方法通过利用统计噪声和真正的新物理信号之间的典型差异,大大减少了“别处寻找”效应。
数字量子计算范式提供了非常理想的特性,例如通用性、可扩展性和量子纠错。然而,在当前的 NISQ 设备时代,实现有用的纠错量子算法所需的物理资源是令人望而却步的。作为执行通用量子计算的替代途径,在 NISQ 时代的限制内,我们建议将数字单量子位操作与模拟多量子位纠缠块合并,这种方法我们称之为数字模拟量子计算 (DAQC)。沿着这个思路,虽然这些技术可以扩展到任何资源,但我们建议将由无处不在的 Ising 汉密尔顿量生成的幺正用于模拟纠缠块,并证明其通用性。我们构建了显式 DAQC 协议,通过单量子位门和固定的均匀 Ising 汉密尔顿量来有效模拟任意非均匀 Ising、二体和 M 体自旋汉密尔顿动力学。此外,我们还比较了顺序方法(其中交互是打开和关闭的)(分步 DAQC)和始终开启的多量子比特交互,中间穿插着快速单量子比特脉冲(爆炸式 DAQC)。最后,我们进行了数值测试,比较了纯数字方案和 DAQC 协议,结果显示后者的性能明显更好。所提出的 DAQC 方法将模拟量子计算的稳健性与数字方法的灵活性相结合。
我们引入了强化量子退火 (RQA) 方案,其中智能代理与量子退火器交互,后者扮演学习自动机的随机环境角色,并尝试针对给定的问题迭代地找到更好的 Ising 汉密尔顿量。作为概念验证,我们提出了一种新方法,用于将布尔可满足性 (SAT) 的 NP 完全问题简化为最小化 Ising 汉密尔顿量,并展示如何应用 RQA 来提高找到全局最优解的概率。我们使用 D-Wave 2000Q 量子处理器对两个不同的基准 SAT 问题(即因式分解伪素数和具有相变的随机 SAT)进行了实验,结果表明,与量子退火领域最先进的技术相比,RQA 可以用更少的样本找到明显更好的解决方案。
物理信息处理器如果根据抽象参数更新方程进行修改,则可以从示例中学习,称为学习规则。我们介绍了一种自学的物理模型,该模型在系统的哈密顿量中编码了学习规则。该模型由多模式谐振器网络组成。其中一种模式被参数驱动到双稳定机制,形成了连贯的ising机器(CIM) - 它提供了存储学习响应(权重)的长期记忆。CIM用额外的纺纱场增强,该场充当短期(激活)内存。我们从数值上证明,在长期内存ISING机器和短期内存辅助场之间存在合适的非线性相互作用的情况下,该系统自主从示例中自主学习。
在表征量子系统时,量子过程层析成像 (QPT) 是标准基元。但由于量子系统的高度复杂性和维数灾难,QPT 在处理大量量子比特时变得不切实际。另一方面,将 QPT 与机器学习相结合在最近的研究中取得了巨大的成功。在本文中,我们探索了将 QPT 与机器学习和参数化量子电路相结合的机会,以重建自旋玻璃的汉密尔顿量。这产生了一个相当简单和直接的算法。为此,首先推导出必要的量子电路。借助此,重建了 Ising 自旋的汉密尔顿量。最后,我们切换到与 Ising 自旋没有太大区别的自旋玻璃,并在此执行相同的操作。从此,系统随后通过获得的汉密尔顿量完全表征。这些方法适用于高达 12 个量子比特的系统大小,但也可以采用更多的量子比特。使用伊辛模型和自旋玻璃的模拟数据,重建结果达到高保真度值,展示并强调了所提出算法的效率。
我们对一个成分蒸发后三元混合物中相分离的蒙特卡洛模拟结果进行定量分析。特别是,我们计算平均域大小,并将其绘制为模拟时间的函数,以计算获得的功率定律的指数。我们对三种不同模型进行了比较和讨论通过两种不同方法获得的结果:二维(2D)二进制模型(ISING模型),2D三元态模型,具有和不蒸发。对于三元态模型,我们还研究了域生长对浓度,温度和初始组成的依赖性。我们为ISING模型重现了预期的1/3指数,而对于不蒸发的三元态模型,对于蒸发的模型,我们获得了指数的较低值。事实证明,在这种类型的系统中可以形成的相位分离模式很复杂。所获得的定量结果为在有机太阳能电池的背景下出现时对形态的尺寸效应的可计算理论估计提供了宝贵的见解。
量子近似优化算法(QAOA)已被证明是一种有效的经典量词算法,从解决组合优化问题到找到多体量子系统的基础状态。由于QAOA是ANSATZ依赖性算法,因此总是需要设计ANSATZ以更好地优化。为此,我们提出了通过使用捷径为绝热性来增强QAOA的数字化版本。特别是,我们使用反磨蚀(CD)驾驶术语来设计更好的Ansatz,以及Hamiltonian和混合术语,从而增强全球性能。 我们将数字化 - 纯化的QAOA应用于Ising模型,经典优化问题和P -Spin模型,这表明在我们研究的所有情况下,它都胜过标准的QAOA。特别是,我们使用反磨蚀(CD)驾驶术语来设计更好的Ansatz,以及Hamiltonian和混合术语,从而增强全球性能。我们将数字化 - 纯化的QAOA应用于Ising模型,经典优化问题和P -Spin模型,这表明在我们研究的所有情况下,它都胜过标准的QAOA。
我们考虑在铁磁状态的混合场三状态量子链中量子淬灭后的非平衡动力学。与Ising自旋链的类似设置相比,Potts模型具有更丰富的现象学,这部分源自频谱中的Baryonic兴奋,部分源自初始磁化和纵向场的各种可能的相对比对。我们通过结合半经典近似和精确的双向反应来获得激发光谱,并使用结果来解释我们观察到的各种动力学行为。除了恢复动态限制以及由于Bloch振荡与Ising链相似的振荡引起的Wannier-Stark局部性外,新颖的特征是淬火光谱中的Baryonic兴奋的前提。另外,当初始磁化和纵向场被错位时,限制和BLOCH振荡仅导致部分定位,而某些相关性保留了未抑制的轻孔行为,以及相应的纠缠侵入型。
我们提出了一种在可控原子、分子和光学系统中制备自旋压缩态的协议,特别适用于与里德堡相互作用兼容的新兴光学时钟平台。通过将短程软核势与外部驱动器相结合,我们可以将自然出现的 Ising 相互作用转换为 XX 自旋模型,同时打开多体间隙。间隙有助于将系统保持在可以产生计量学上有用的自旋压缩的状态集合流形内。我们检查了我们的协议对实验相关退相干的稳健性,并显示出比缺乏间隙保护的典型协议更优的性能。例如,在 14 × 14 系统中,我们观察到软核相互作用可以产生与全对全 Ising 模型相当的自旋压缩,即使存在相关的退相干,其压缩量与具有 1 / r 3 偶极相互作用的无退相干 XX 自旋模型相同,并且比具有 1 / r 6 相互作用的无退相干 XX 自旋模型高 5.8 dB 增益。
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