Quantum-Inspired Computing System Based on Ising Machines with Simulated Quantum Annealing

基于模拟量子退火伊辛机的量子计算系统

• 批准号: 22KJ1235
• 负责人: 島田 萌絵
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Tokyo University of Agriculture and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1235/
• 关键词: 量子インスパイアードイジングマシン; 量子アニーリング; 組み合わせ最適化問題; 量子計算機; イジング; 組合せ最適化問題

本研究ではシミュレーテッド量子アニーリング(SQA)搭載型イジング計算機の開発と性能向上を目的とする。この目的を達成するために、まず、量子アニーリングをエミュレートしたイジング計算機を作製する。量子アニーリング数理を鈴木トロッタ展開と経路積分モンテカルロ法によりイジング計算機へソフトウェア実装し、SQAのスケジューリング検討を行う。次に、より性能を向上させるため、所属研究室で新たに提案したスピン判定論理の一つである抽出型多数決論理を本計算機に実装し、その演算特性を検討する。この演算特性として、演算正答率および演算精度、エネルギーの収束動作を確認する。演算正答率とは、何試行が最適解にたどり着いたかの確率であり、演算精度は最適解とどれくらい近づいているかの指標である。演算精度を先行研究と比較し、シミュレーテッド量子アニーリングを用いたイジング計算機の優位性を評価する。この結果を応用物理学会にて発表し、シミュレーテッド量子アニーリングを用いることの優位性を報告した。今後、開発したイジング計算機で組合せ最適化にかかる演算特性を詳細に検討し、所属研究室で行ってきたAuの原子接合での実験条件探索やポートフォリオ問題など、本計算機を現実的な課題に対してより実践的に活用し、量子計算機を模倣した新型計算機としての性能を評価する。

这项研究的目的是开发和提高配备模拟量子退火（SQA）的伊辛计算机的性能。为了实现这一目标，我们首先创建一台模拟量子退火的伊辛计算机。使用Suzuki-Trotter展开和路径积分蒙特卡罗方法在Ising计算机上的软件中实现了量子退火数学，并研究了SQA调度。接下来，为了进一步提高性能，我们将在这台计算机上实现提取多数逻辑，这是我们实验室新提出的自旋判断逻辑之一，并检验其计算特性。至于计算特性，将确认正确答案率、计算精度和能量收敛行为。计算正确答案率是经过多少次尝试才得出最优解的概率，计算精度是计算与最优解有多接近的指标。我们将计算精度与之前的研究进行了比较，并使用模拟量子退火评估了伊辛计算机的优越性。我们在日本应用物理学会展示了我们的研究结果，并报告了使用模拟量子退火的优势。今后，我们将利用我们开发的伊辛计算机详细研究组合优化的计算特性，并将该计算机应用到实际问题中，例如寻找金原子成键和组合问题的实验条件，这些问题都是我们一直在进行的。我们的实验室将更实际地使用它来评估模仿量子计算机的新型计算机的性能。

项目成果

量子インスパイアードイジングマシンにおけるスピン判定論理とアニーリング手法の検討

量子激发伊辛机自旋决定逻辑及退火方法研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 島田萌絵;吉田朝輝;三木司;白樫淳一
• 通讯作者: 白樫淳一

"Simulated Quantum Annealing for Solving Combinatorial Optimization Problems with 2D Ising Machines"

“利用 2D Ising 机器解决组合优化问题的模拟量子退火”

• 发表时间: 2021
• 作者: M. Shimada;T. Miki and J. Shirakashi
• 通讯作者: T. Miki and J. Shirakashi

抽出型多数決論理を組み込んだシミュレーテッド量子アニーリング

结合提取多数逻辑的模拟量子退火

• 发表时间: 2023
• 作者: 島田萌絵;吉田朝輝;白樫淳一
• 通讯作者: 白樫淳一