Distributed Quantum Annealing

Resumo:

Conseguem ser avistadas no horizonte as vantagens prometidas por computação quântica. No entanto, essas vantagens são mantidas longe devido a obstáculos como o ruído e a decoerência. Esses obstáculos limitam severamente a escalabilidade de computadores quânticos, mas uma das maneiras de enfrentar o problema poderá ser através da distribuição da computação quântica onde, idealmente, poderíamos aumentar os recursos computacionais apenas adicionando nodos ao cluster de computadores quânticos. Neste projecto é proposto um novo método para distribuir quantum annealing.

A nossa abordagem depende do processo de Trotterização para dividir a evolução adiabática em passos locais e não-locais, cujos últimos são distribuídos usando operações locais e comunicações clássicas assistidas de entrelaçamento quântico (eLOCC). São estabelecidos limites teóricos no tamanho do passo do processo de Trotterização e na probabilidade da distribuição bem sucedida. Estes podem ser usados para extrair a utilidade do protocolo de quantum annealing distribuído partindo de um problema de quantum annealing.

Estes limites são validados através de simulações numéricas da evolução do sistema, para uma gama de problemas de quantum annealing com complexidade crescente. As simulações revelam que este processo tem uma transição de fase many-body localization (MBL), que é semelhante a transições de fase encontradas em sistemas de Floquet. As simulações mostram também que o protocolo permite algumas falhas na distribuição. Finalmente, concluímos discutindo a viabilidade de quantum annealing distribuído considerando o progresso no estado da arte, aplicando os limites teóricos que foram deduzidos.