構(gòu)建和編程用于魯棒的量子退火過(guò)程的量子硬件的制作方法
【專利摘要】除其他以外，設(shè)備包括量子單元；以及該量子單元當(dāng)中的耦合器。每個(gè)耦合器被配置為根據(jù)量子的量子哈密頓量表征來(lái)由該耦合器將量子單元對(duì)耦合。
【專利說(shuō)明】構(gòu)建和編程用于魯棒的量子退火過(guò)程的量子硬件
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)根據(jù)35USC§119(e)要求于2014年4月28日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)61/ 985，348和于2014年1月6日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)61/924，207的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容 通過(guò)引用并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003] 本說(shuō)明書涉及構(gòu)建和編程用于能夠在非零溫度下執(zhí)行可靠的信息處理的量子退 火過(guò)程的量子硬件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 人工智能任務(wù)能夠被轉(zhuǎn)化為機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化問(wèn)題。為了執(zhí)行人工智能任務(wù)，例如量 子處理器的量子硬件被構(gòu)建并編程為將與對(duì)應(yīng)的機(jī)器優(yōu)化問(wèn)題的解編碼為表征該量子硬 件的多體量子哈密頓量的能譜。例如，該解被編碼在哈密頓量的基態(tài)中。量子硬件執(zhí)行從已 知初始哈密頓量的已知基態(tài)開始的絕熱量子計(jì)算。隨著時(shí)間推移，隨著該已知初始哈密頓 量演化為用于解決該問(wèn)題的哈密頓量，該已知基態(tài)演化并保持在正在演化的哈密頓量的瞬 時(shí)基態(tài)處。在不將所述哈密頓量對(duì)角化的情況下，在所述演化結(jié)束時(shí)獲得所述哈密頓量的 基態(tài)的能譜。
[0005] 有時(shí)由于例如由熱波動(dòng)所致使的激發(fā)，量子絕熱計(jì)算變?yōu)榉墙^熱。不同于保持在 瞬時(shí)基態(tài)，最初在初始哈密頓量的基態(tài)處開始的正在演化的量子態(tài)能夠達(dá)到正在演化的哈 密頓量的激發(fā)態(tài)。量子硬件被構(gòu)建和編程以抑制在計(jì)算的早期階段期間從瞬時(shí)基態(tài)向較高 能態(tài)的這樣的激發(fā)。此外，量子硬件也被構(gòu)建和編程以協(xié)助在計(jì)算的較晚階段從較高能態(tài) 到較低能態(tài)或基態(tài)的松弛。改善了找出用于解決問(wèn)題的哈密頓量的基態(tài)的魯棒性。
[0006] 在附圖和以下描述中對(duì)本說(shuō)明書的主題的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)進(jìn)行闡述。本 主題的其他特征、方面、和優(yōu)點(diǎn)根據(jù)說(shuō)明書、附圖、和權(quán)利要求書將變得顯而易見。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 圖1是相互作用的量子位的Chimera連通內(nèi)的量子退火處理器的示意性透視圖。
[0008] 圖2是示出量子處理器中的兩個(gè)量子位的結(jié)構(gòu)和相互作用的示意圖，其中所述相 互作用包括量子調(diào)節(jié)器的x-x和x-z相互作用。
[0009] 圖2A是示出包括約瑟夫森(Josephson)結(jié)和電容器的約瑟夫森盒的示意圖。
[0010] 圖3是示出量子調(diào)節(jié)器對(duì)量子退火過(guò)程期間的瞬時(shí)能態(tài)間的轉(zhuǎn)換的影響的示意 圖。
[0011] 圖4是示出量子退火過(guò)程期間的初始哈密頓量、問(wèn)題哈密頓量、和對(duì)于該問(wèn)題哈密 頓量所選擇的量子調(diào)節(jié)器的哈密頓量的相互影響的示意圖。
[0012] 圖5是用于確定量子調(diào)節(jié)器的分布的示例過(guò)程的流程圖。
[0013] 圖6是用于執(zhí)行人工智能任務(wù)的示例過(guò)程的流程圖。
【具體實(shí)施方式】 [0014] 概述
[0015]困難的組合問(wèn)題 例如NP難題和機(jī)器學(xué)習(xí)問(wèn)題 的解能夠被編碼在多體量 子哈密頓系統(tǒng)的基態(tài)中，這也被稱為量子退火器（"QA"）。在零溫度極限下的量子退火過(guò)程 被稱為絕熱量子計(jì)算，其中QA被初始化為已知且容易制備的初始哈密頓量Hi的基態(tài)。隨著 時(shí)間的推移，QA在希爾伯特空間內(nèi)被絕熱地引導(dǎo)至對(duì)問(wèn)題進(jìn)行編碼的問(wèn)題哈密頓量H P。理 論上，在絕熱量子計(jì)算期間，QA能夠保持在從Hi演化到HP的哈密頓量Ht〇t ai的瞬時(shí)基態(tài)，其中 Htotal能夠被表達(dá)為：
[0016] Htotal = (1-s )Hi+sHP,
[0017]其中s為依賴于時(shí)間的控制參數(shù)：
[0018] s = t/tT，
[0019] 并且tT為絕熱量子計(jì)算的總時(shí)間。如果系統(tǒng)的演化相對(duì)于系統(tǒng)的本征能量范圍足 夠緩慢，則QA將確定性地達(dá)到問(wèn)題哈密頓量迅的基態(tài)。
[0020] 事實(shí)上，量子計(jì)算可能無(wú)法完全絕熱并且在計(jì)算過(guò)程期間QA可能達(dá)到Htcltal的激發(fā) 態(tài)，這能夠?qū)е铝孔佑?jì)算結(jié)束時(shí)的不精確結(jié)果。例如，在例如決策問(wèn)題的許多硬組合優(yōu)化問(wèn) 題中，當(dāng)問(wèn)題哈密頓量在其運(yùn)算復(fù)雜度下對(duì)相變進(jìn)行演示時(shí)，相對(duì)于系統(tǒng)的本征能量范圍， Htcltal的激發(fā)態(tài)與基態(tài)之間的間隙大小能夠很小，例如指數(shù)級(jí)別的小。在這種情境下，QA可以 經(jīng)歷量子相變并且能夠達(dá)到大量的激發(fā)態(tài)，例如指數(shù)級(jí)別的大量的激發(fā)態(tài)。此外，由于諸如 與系統(tǒng)的環(huán)境相互作用以及包括控制誤差和制造誤差的系統(tǒng)缺陷誤差所導(dǎo)致的量子波動(dòng) 的其他因素，QA也可以從Ht〇t ai的基態(tài)偏離。在本說(shuō)明書中，推動(dòng)QA從Hi的基態(tài)到HP的基態(tài)的 過(guò)程被稱為量子退火調(diào)度(schedule)或量子退火過(guò)程。
[0021 ] 本說(shuō)明書的諸如量子處理器的量子硬件包括量子芯片，除Hi和HP以外，所述量子芯 片定義了量子調(diào)節(jié)器（"QG"），使得正在演化的哈密頓量Htotal變?yōu)?[0022] Ht〇t = I (t) Hi+G (t) Hg+P (t) Hp+Hag-b ,
[0023]其中I (t)和P (t)分別表示初始哈密頓量Hi和問(wèn)題哈密頓量叫的時(shí)間依賴性;G (t) 表示QG哈密頓量Hg的時(shí)間依賴性;并且Hag-b是組合的QA-QG系統(tǒng)與其周圍環(huán)境的相互作用， 通常被稱作浴(bath)。在簡(jiǎn)化的示例中，I(t)等于（l-s)，P(t)等于s，G(t)等于s(l-s)，并且 Hac-b被假設(shè)為在量子退火過(guò)程期間非零但恒定。HAC-B的強(qiáng)度與浴模式的譜密度相關(guān)，其通常 能夠通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論量子估計(jì)/斷層掃描技術(shù)的組合來(lái)非實(shí)時(shí)地表征。
[0024]通常，QG能夠被視為一種非信息承載自由度，其能夠被設(shè)計(jì)為操控信息承載自由 度的耗散動(dòng)態(tài)學(xué)。在Htc^i的示例中，信息承載自由度是QA。量子硬件被構(gòu)建并編程為允許QG 以魯棒的方式在有限的溫度下導(dǎo)引無(wú)序的量子退火硬件的量子演化并且改善絕熱量子計(jì) 算過(guò)程。例如，QG能夠促進(jìn)將QA向量子相變推動(dòng)，同時(shí)通過(guò)有效地使QA難以達(dá)到激發(fā)態(tài)來(lái)使 QG從Htotal的激發(fā)態(tài)解親。在量子相變之后，QA進(jìn)入另一相，在該相中由于量子局域化或安德 森局域化，QA很可能被凍結(jié)在激發(fā)態(tài)下。QG能夠?qū)A的能級(jí)調(diào)節(jié)為與環(huán)境的振動(dòng)能量相協(xié) 調(diào)以促進(jìn)QA松弛至較低能態(tài)或基態(tài)。這樣的調(diào)節(jié)能夠增加基態(tài)保真度，即在計(jì)算結(jié)束時(shí)QA 處于基態(tài)的保真度，并且允許QA避免由于量子局域化而過(guò)早地凍結(jié)在次優(yōu)解。
[0025]大體上，QA在本說(shuō)明書的量子退火過(guò)程中經(jīng)歷四個(gè)相，包括初始、激發(fā)、松弛、以及 凍結(jié)，以下將對(duì)其進(jìn)行具體解釋。QG能夠通過(guò)創(chuàng)建浴的平均聲子能量與QA的平均能級(jí)間隔 之間的不匹配來(lái)協(xié)助處于前兩相下的QA抑制不需要的激發(fā)。在第三和第四階段，QG能夠通 過(guò)創(chuàng)建QA和浴的譜密度之間的重疊來(lái)增強(qiáng)熱波動(dòng)。增強(qiáng)的熱波動(dòng)能夠允許QA具有從問(wèn)題哈 密頓量叫的較高能態(tài)到較低能態(tài)或基態(tài)的高松弛速率。具體的，QG能夠允許QA從量子局域 化所致使的非基態(tài)解凍。
[0026]當(dāng)量子相互作用由于量子硬件的天然的或設(shè)計(jì)的約束而受到限制時(shí)，QG能夠被用 于實(shí)現(xiàn)通用的絕熱量子計(jì)算。例如，量子芯片能夠具有設(shè)計(jì)的約束以使得表示量子芯片上 的量子位的相互作用的哈密頓量是k局部(k-local)隨機(jī)哈密頓量。量子硬件能夠被構(gòu)建和 編程以操縱環(huán)境相互作用和無(wú)序的結(jié)構(gòu)效應(yīng)和動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，甚至無(wú)需對(duì)環(huán)境的自由度的任 何控制。
[0027]通常，QG是依賴于問(wèn)題的。本說(shuō)明書的量子硬件能夠被編程為提供用于不同種類 的問(wèn)題哈密頓量的不同QG。在一些實(shí)施方式中，能夠使用基于平均場(chǎng)和微觀方法所發(fā)展的 量子控制策略來(lái)對(duì)于給定的HP確定QG。另外地或替選地，量子控制策略也能夠?qū)嵤╇S機(jī)矩 陣?yán)碚摵蜋C(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來(lái)確定QG。組合的QA和QG能夠被調(diào)節(jié)和訓(xùn)練以生成用于迅的能譜的 所期望的統(tǒng)計(jì)分布，諸如泊松分布、萊維分布、或者玻爾茲曼分布。
[0028] 示例量子硬件
[0029] 如圖1所不，在量子處理器中，可編程量子芯片100包括八個(gè)量子位104的4乘4單位 元102,所述量子位由如連接不同量子位的線所示的可編程電感耦合器來(lái)連接。每個(gè)線可以 表示一對(duì)量子位之間的一個(gè)或多個(gè)親合器。芯片100也能夠包括更大數(shù)目的單位元102,例 如8乘8或更多。
[0030] 圖2示出了芯片的相同單位元中的耦合的量子位200、202的示例對(duì)，諸如量子芯片 100的單位元102中的任何對(duì)量子位。在這個(gè)示例中，每個(gè)量子位是超導(dǎo)量子位而且包括兩 個(gè)并聯(lián)連接的約瑟夫森盒204a、204b或206a、206b。每個(gè)約瑟夫森盒能夠包括并聯(lián)連接的約 瑟夫森結(jié)和電容器。圖2A中示出了示例，其中約瑟夫森盒218包括并聯(lián)連接至電容器222的 約瑟夫森結(jié)220。量子位200、202受到沿垂直于示出該圖的紙面的z方向所施加的外部磁場(chǎng) B;以符號(hào)?來(lái)標(biāo)記所述B場(chǎng)。三組電感耦合器208、210、212安置在量子位200、202之間，使得 所述量子位經(jīng)由z-z、x_z、和x-x自旋相互作用來(lái)親合，其中z-z相互作用表示QA的特有的自 旋相互作用，并且 X-z、x-x相互作用為表示QG的可控自由度的輔助相互作用。這里，x、y、和z 是希爾伯特空間中的自旋方向，其中每個(gè)方向與其他兩個(gè)方向正交。
[0031] 與領(lǐng)域中已知的一種常規(guī)量子芯片相比較，圖1的芯片100中的沿z-z自旋方向耦 合的量子位通過(guò)耦合器組210、212沿x-z自旋方向和x-x自旋方向被附加地耦合。常規(guī)量子 芯片的哈密頓量能夠被寫為： ,N' TV M
[0032] //v, = +/)(，)(-Z/;;.〇7 +J^/, i i l.
[0033] 其中，〇1x和〇1z是具有二進(jìn)制值并且各自表示沿x方向或z方向的第i量子位的自旋 的量子運(yùn)算符。hdPJ^是能夠被編程以用于通過(guò)調(diào)整電感耦合器組208來(lái)解決的不同問(wèn)題 的參數(shù)。hdPJ^具有實(shí)數(shù)值。參數(shù)的稀疏度受硬件連通性的約束，即受圖1中所示的量子 位的連通性的約束。對(duì)于未連接的量子位，對(duì)應(yīng)的Jij為0。再次地，I (t)和P (t)分別表示初始 哈密頓量和問(wèn)題哈密頓量的時(shí)間依賴性。在簡(jiǎn)化的示例中，I(t)等于（1-s)，并且P(t)等于 s，其中S等于t/tT。
[0034]附加的耦合器組210、212將附加的量子控制機(jī)制引入了芯片100。
[0035]大體上，QG的控制機(jī)制在與QA相同的希爾伯特空間內(nèi)進(jìn)行作用，并且包括：
[0036] (i)在任何自旋或量子無(wú)序上的依賴于地點(diǎn)的磁場(chǎng)，諸如〇iy，其也是二級(jí)制的并且 表示沿y方向的第i量子位的自旋；
[0037] (ii)二體量子交換相互作用項(xiàng)，諸如表示沿x-z方向的第i和第j量子位的耦合的 〇iX〇jZ;
[0038] (iii)全局時(shí)變控制鈕G(t)，其能夠是s(l-s)，其中s = t/tT;以及
[0039] (iv) -組宏觀、可編程的環(huán)境控制參數(shù)，諸如溫度T。
[0040] 因此，在芯片100中用于組合的QA-QG系統(tǒng)的哈密頓量Htot為： H,o,=
[0041] +G〇)( X + Z i v,t<j i i
[0042]其中￡l,m代表QG引入的無(wú)序，張量gl_定義指定QG的一般二體相互作用參數(shù);并且 I (t)、G(t)、和P(t)為如上所述。在這個(gè)哈密頓量中，初始哈密頓量為： N
[0043] = Y,ai f i
[0044] 問(wèn)題哈密頓量HP為： ：N N
[0045] i i
[0046] 并且QG哈密頓量Hqg為：
[0047]I： 2
[0048] 再次地，總哈密頓量為：
[0049] Htotzd-t/VDHi+t/tTd-t/tlOHQG+U/VnHp。
[0050] 編程量子硬件
[0051 ]對(duì)于給定問(wèn)題及其對(duì)應(yīng)的問(wèn)題哈密頓量HP而言，QG被確定以改善QA的基態(tài)保真 度。無(wú)需將HP對(duì)角化就能夠確定QG。能夠重復(fù)各種QG的實(shí)現(xiàn)方法來(lái)統(tǒng)計(jì)地改進(jìn)關(guān)于計(jì)算結(jié) 果的知識(shí)。
[0052]在一些實(shí)施方式中，QG被確定以使得在由Ht〇tai表征的系統(tǒng)經(jīng)歷量子相變之前，QG 哈密頓量HQG對(duì)QA的激發(fā)進(jìn)行抑制。具體的，QG與浴的平均聲子能量不諧振，這創(chuàng)建了平均聲 子能量與組合的QA和QG的平均能級(jí)間隔之間的不匹配，或者減少不需要的激發(fā)的H tclt。在系 統(tǒng)發(fā)生量子相變之后，QG哈密頓量Hqg增強(qiáng)從Ht〇t的任何激發(fā)態(tài)到基態(tài)的QA的松弛。具體的， Htclt的平均能級(jí)間隔與平均聲子能量諧振。QG通過(guò)創(chuàng)建系統(tǒng)的譜密度與其浴之間的重疊來(lái) 增強(qiáng)熱波動(dòng)。熱波動(dòng)能夠促進(jìn)QA以高松弛速率來(lái)達(dá)到H tclt的基態(tài)，并且防止QA由于量子局域 化而被過(guò)早地凍結(jié)在激發(fā)態(tài)。
[0053]圖3中示出了所需要的QG函數(shù)的示例。Htotai的能級(jí)Eq、Ei、E2、…、Ei (未示出）被繪出 為時(shí)間t的函數(shù)。在t = 0處，Htotal為Hi ;并且在t = tT處，Htotal為Hp。在從t = 0至丨」t = tT的量子退 火過(guò)程期間，QA大致經(jīng)歷了：從t = 0到t = ti的初始相、從t = ti至lj t = t2的激發(fā)相、從t = t2到 t = t3的松弛相、以及從t = t3到t = tT的凍結(jié)相。時(shí)間t2能夠與由Htotal表征的系統(tǒng)中量子相 變發(fā)生的時(shí)間相對(duì)應(yīng)。在激發(fā)相期間，如箭頭300、302所指示的，QG增加了相鄰能級(jí)之間的 平均能量間隔A ￡l，諸如A ei = E2-EdP A eoiEi-Eo,使得增加的能量間隔遠(yuǎn)大于平均聲子 能量。在松弛相期間，如箭頭304、306、308、310所指示的#對(duì)平均能量間隔八￡〇、 八￡1、'"進(jìn) 行調(diào)整以可與平均聲子能量相比較，從而促進(jìn)QA從激發(fā)態(tài)到較低能態(tài)或基態(tài)的松弛。
[0054]圖4中示意性示出了量子退火過(guò)程的不同相中隨時(shí)間推移的三個(gè)哈密頓量HnHp、 和HQG的相互影響?？刂茀?shù)I(t)、P(t)、和G(t)控制對(duì)應(yīng)的哈密頓量的曲線的形狀。在這個(gè) 示例中，I(t)和P(t)是線性的且G(t)是拋物線型的。
[0055] 此外，能夠選擇QG以允許Ht〇t的QA在QA調(diào)度上穩(wěn)定地演化并且達(dá)到具有與HP的基 態(tài)的最大重疊的最終狀態(tài)。理想上，在時(shí)間tT時(shí)QA的基態(tài)保真度為1。然而，在有限時(shí)間段內(nèi) 很難達(dá)到保真度為一。除了在時(shí)間0和時(shí)間t T，Htclt的QA處于組合的Hpi、和HQG的混合狀態(tài) 下。QA的演化能夠被表示為：
[0056] 5〇){^〇 ^/?A(t)^
[0057] 其中是在時(shí)間0時(shí)QA的狀態(tài)，是在時(shí)間tT時(shí)QA的狀態(tài)，并且PA(t)是在其他 時(shí)間的QA的密度函數(shù)。通過(guò)例如使用概率質(zhì)量函數(shù)來(lái)將概率指派給每個(gè)狀態(tài)|4>，QA的演 化能夠被進(jìn)一步表示為：
[0058] |5〇)(^〇 | ^ifG(^)\￡o)(so | k
[0059] 其中fG(k)是概率質(zhì)量函數(shù)，k = 0，l，...，并且與量子態(tài)層級(jí)相對(duì)應(yīng)，而且EkfG(k) =1。如果基態(tài)保真度為1，則fG(〇) = l，并且fG(k辛0) = 0。如上所述，這樣的為一的保真度很 難達(dá)到。作為替代，所需要的QG能夠被選擇為提供指數(shù)分布函數(shù)：
[0060] --.：： ^v)|<)
[0061]其中Ag定義了適用于與叫一起使用的QG族的分布。概率質(zhì)量函數(shù)能夠是任何概率 分布函數(shù)。不例包括泊松分布函數(shù)、萊維分布函數(shù)、以及玻爾茲曼分布函數(shù)。
[0062]為了確定具有用于問(wèn)題的所需要的函數(shù)的QG，所述函數(shù)包括上文參照?qǐng)D3和圖4所 描述的那些函數(shù)，能夠使用一種或多種技術(shù)，包括例如開放量子系統(tǒng)模型、隨機(jī)矩陣?yán)碚摗?以及機(jī)器學(xué)習(xí)。圖5示出了用于確定QG的示例過(guò)程500,該過(guò)程能夠由經(jīng)典處理器來(lái)執(zhí)行，諸 如經(jīng)典計(jì)算機(jī)、或量子處理器、或者它們的組合。
[0063]在過(guò)程500中，獲得關(guān)于已知的Htotai的能態(tài)的信息(502)。在一些實(shí)施方式中，使用 隨機(jī)矩陣?yán)碚?RMT)來(lái)構(gòu)造 QG并且能夠作出對(duì)QA-QG系統(tǒng)的一般統(tǒng)計(jì)屬性的某些預(yù)測(cè)。具體 的，使用隨機(jī)矩陣?yán)碚?，能夠獲得：i能態(tài)的能級(jí)Ei的近似分布，其中i為0，1，2，…；自發(fā)能 譜;能級(jí)的間隔A e1;以及所述間隔的平均層級(jí)間隔在一些實(shí)施方式中，在沒有明確將 HtQtal對(duì)角化的情況下，使用平均場(chǎng)理論來(lái)獲得平均能級(jí)間隔Ki。在一些示例中，路徑積分 蒙特卡羅被用于評(píng)價(jià)H total的近似的基態(tài)能量。
[0064] 在一》實(shí)施方式中，在時(shí)間t的平詢能級(jí)間隔被估計(jì)為：
[0066]其中￡i(t)為Ht〇tai的第i瞬時(shí)本征態(tài)能量的能量，并且N是本征態(tài)的總數(shù)目。
[0067]還在過(guò)程500中，計(jì)算由Htotal表征的系統(tǒng)所處的浴的平均聲子能量(504)。近似地， 平均聲子能量能夠取kT，其中k為玻爾茲曼常數(shù)，且T為溫度。也能夠以更為精確的方式來(lái)計(jì) 算平均聲子能量。例如，能夠選擇諸如Lindblad形式的動(dòng)力學(xué)的開放量子系統(tǒng)模型以用于 計(jì)算。該選擇能夠基于量子處理器的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。在開放量子系統(tǒng)模型下，任何給定溫度T下 的由H total表征的系統(tǒng)所處的浴的平均聲子能量能夠被定義為：

[0069] 其中J ( w )能夠是：Omh i c譜密度，即 .超Omhic譜密度，即 t ;德魯特-洛倫茲(Drude-Lorentz)譜密度，即
或者平坦譜分布， 即J( ? ) = 1。在這些等式中，A是重組能而y是浴頻率截止。
[0070] 選擇QA的基態(tài)保真度的概率質(zhì)量函數(shù)(506)。在一些實(shí)施方式中，概率質(zhì)量函數(shù)由 用戶來(lái)手動(dòng)選擇?；谒@得的信息、所計(jì)算的平均聲子能量、以及所選擇的概率質(zhì)量函 數(shù)，過(guò)程500然后確定(508)叫的〇6分布。在一些實(shí)施方式中，所述確定過(guò)程能夠由用戶來(lái)至 少部分地執(zhí)行。例如，QG分布能夠由使用隨機(jī)矩陣?yán)碚撃Ｐ退x擇的隨機(jī)矩陣的諸如高斯 酉系綜(Gaussian unitary ensemb 1 e)的指數(shù)族表示。確定平均能級(jí)間隔Ag和QG或Hqg的最 大能量本征值和最小能量本征值以允許QG如所期望的那樣來(lái)起作用。具體的，在QA調(diào)度的 第二相中，例如在圖3所示的時(shí)間七至〖2期間，選擇QG的平均能級(jí)間隔以使得所選擇的能級(jí) 間隔占據(jù)問(wèn)題哈密頓量的能級(jí)間隔。所選擇的能級(jí)間隔也遠(yuǎn)大于聲子浴的平均能量，例如 通過(guò)因子5-10，使得組合的QA和QGA (g + ￡)的平均能級(jí)間隔變?yōu)椋?br>[0071 ] A i'') ? 〇)
[0072]該選擇增大了 Htcltal的能級(jí)間隔以使得Htclt的組合的能級(jí)間隔遠(yuǎn)大于平均聲子能 量。因此，抑制了由熱波動(dòng)引起的QA向更高能態(tài)的可能的激發(fā)。此外，還選擇QG以使得在QA 調(diào)度的第三相中，例如在如圖3所示的時(shí)間丨2至丨3期間，QG的平均能級(jí)間隔導(dǎo)致：
[0073] A
[0074]該選擇允許Htotal的能級(jí)間隔與熱波動(dòng)類似。QA能夠以更高速率來(lái)松弛到較低能態(tài) 或基態(tài)。所選擇的指數(shù)族能夠相對(duì)于量子硬件的可控參數(shù)來(lái)被參數(shù)化，所述可控參數(shù)諸如 量子位之間的耦合。
[0075]替選地或另外地，機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)能夠被用于調(diào)諧基于隨機(jī)矩陣?yán)碚撃Ｐ退x擇的 QG分布的控制參數(shù)。在一些實(shí)施方式中，深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被用于表示QG-QA系統(tǒng)或由Ht〇t所表 征的系統(tǒng)，而且隨機(jī)梯度下降被用于訓(xùn)練QG分布。作為示例，在對(duì)于感興趣的給定H tcltal的所 期望的概率質(zhì)量函數(shù)內(nèi)，通過(guò)從參數(shù)化的指數(shù)族選擇例如1000的統(tǒng)計(jì)上有意義的數(shù)目的隨 機(jī)矩陣來(lái)完成訓(xùn)練，所述指數(shù)族能夠平均地生成路徑積分蒙特拉羅輸出。在一 些實(shí)施方式中，訓(xùn)練可以從基于上文所討論的所期望的平均組合的能級(jí)間隔A (g +心所選 擇的初始QG分布開始。所述初始QG分布能夠具有預(yù)定的概率分布。所述訓(xùn)練能夠是有監(jiān)督 訓(xùn)練。
[0076]隨機(jī)矩陣?yán)碚撃Ｐ偷膶?shí)現(xiàn)能夠輸出生成性概率質(zhì)量函數(shù)。在有監(jiān)督訓(xùn)練中，利用 對(duì)于訓(xùn)練集所事先已知的理想概率質(zhì)量函數(shù)，能夠通過(guò)找出QG的耦合系數(shù)來(lái)生成標(biāo)簽以使 得由QA和QG生成的概率質(zhì)量函數(shù)例如在諸如x 2散度的給定測(cè)度或品質(zhì)因數(shù)內(nèi)具有最大重 疊。圖6示出了示例過(guò)程600,其中控制系統(tǒng)對(duì)諸如量子處理器的QA硬件進(jìn)行編程，以供QA硬 件來(lái)執(zhí)行人工智能任務(wù)?？刂葡到y(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)經(jīng)典計(jì)算機(jī)一一即非量子的計(jì)算機(jī)，并 且也包括量子計(jì)算機(jī)。該任務(wù)被轉(zhuǎn)化為機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化問(wèn)題，該問(wèn)題以機(jī)器可讀的形式來(lái)表 不。
[0077]控制系統(tǒng)接收（602)機(jī)器可讀的機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化問(wèn)題?？刂葡到y(tǒng)將優(yōu)化問(wèn)題編碼 (606)為所設(shè)計(jì)的Htcltal的能譜。所述編碼基于QA硬件的結(jié)構(gòu)，諸如量子位之間的耦合。Htcltal 的示例是伊辛（Ising)哈密頓量Hsg，并且所述編碼確定參數(shù)Hi和Jij的值。諸如Hi和Jij的編碼 信息被提供至QA硬件，該QA硬件接收(620)信息以作為硬件的初始化參數(shù)。為了在將由QA硬 件執(zhí)行的量子退火過(guò)程期間穩(wěn)定QA，控制系統(tǒng)例如通過(guò)從使用圖5的處理器500所確定的QG 分布選擇一個(gè)QG來(lái)進(jìn)一步構(gòu)設(shè)(608)QG。所述選擇能夠是隨機(jī)(偽隨機(jī))選擇。在一些實(shí)施方 式中，用戶能夠從QG分布選擇QG并且將該選擇輸入至控制系統(tǒng)。所構(gòu)設(shè)的QG由包括 ￡1^和 81_的控制參數(shù)表征，其被發(fā)送至QA硬件以編程該QA硬件。
[0078] QA硬件接收(620)初始化參數(shù)，諸如Hi和Jij，并且也接收(622) QG的控制參數(shù)，諸如 h人心/、心嚴(yán)，并且由控制系統(tǒng)根據(jù)所接收的初始化參數(shù)和QG參數(shù)來(lái)編程和初始化。QA硬件 實(shí)施(624)量子退火調(diào)度以獲得由H tclt所表征的組合的QA-QG系統(tǒng)的本征態(tài)。機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化 問(wèn)題的解被編碼在這些本征態(tài)中。在預(yù)定時(shí)間量之后，QA調(diào)度結(jié)束并且QA硬件提供(626)由 所述本征態(tài)及其對(duì)應(yīng)的能譜所表示的輸出。所述輸出能夠由控制系統(tǒng)或者由另一經(jīng)典計(jì)算 機(jī)或量子計(jì)算機(jī)來(lái)讀取。預(yù)定的時(shí)間量能夠大約為]/(A (g + d)2&然而，能夠使用更短或更 長(zhǎng)的時(shí)間段。更短的時(shí)間段可以提供更好的量子加速，而且更長(zhǎng)的時(shí)間段可以提供更高的 基態(tài)保真度。
[0079] 如上所述，在由QA硬件所提供的輸出中，QA的基態(tài)保真度通常小于1。當(dāng)保真度小 于1時(shí)，由QA硬件提供的單次輸出可能無(wú)法精確地編碼問(wèn)題的解。在一些實(shí)施方式中，QA硬 件使用由控制系統(tǒng)所提供的相同QG或不同QG來(lái)多次執(zhí)行QA調(diào)度以提供多個(gè)輸出，所述相同 QG或不同QG選自對(duì)于問(wèn)題所確定的相同QG分布，所述控制系統(tǒng)具有諸如e i, 4Pgi jmn的不同 的控制參數(shù)集合。所述多個(gè)輸出能夠被統(tǒng)計(jì)地分析并且能夠基于該統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)解決所述問(wèn) 題或執(zhí)行所述人工智能任務(wù)。
[0080] 具體的，在過(guò)程600中，在控制系統(tǒng)接收并存儲(chǔ)(610)由QA硬件提供的輸出之后，控 制系統(tǒng)確定(612)QA硬件是否已經(jīng)完成了預(yù)訂次數(shù)的QA調(diào)度的迭代。如果沒有，則控制系統(tǒng) 通過(guò)構(gòu)設(shè)另一 QG來(lái)返回步驟608,所述另一 QG能夠與先前所使用的QG相同或者能夠是從先 前所確定的QG分布選擇的不同QG4A硬件接收(622)QG的控制參數(shù)的另一集合并且基于對(duì) 問(wèn)題進(jìn)行編碼的先前確定的初始化參數(shù)和控制參數(shù)的該集合來(lái)被控制系統(tǒng)重新編程。再次 實(shí)施QA調(diào)度(624)并且提供另一輸出（626)。如果QA硬件已經(jīng)完成了預(yù)定次數(shù)的QA調(diào)度的迭 代，則控制系統(tǒng)或另一數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)地處理(614)所有輸出以提供問(wèn)題的解。能夠以具 有關(guān)于問(wèn)題的實(shí)際解的尖銳峰化的PDF的預(yù)定的確定度來(lái)提供問(wèn)題的解。PDF能夠基于統(tǒng)計(jì) 分析來(lái)峰化。
[0081] 預(yù)定次數(shù)的迭代能夠是100次迭代或更多，或者1000次迭代或更多。在一些實(shí)施方 式中，能夠結(jié)合QA調(diào)度的長(zhǎng)度來(lái)選擇迭代的次數(shù)，使得能夠以高效率來(lái)執(zhí)行過(guò)程600并且以 高精確度來(lái)提供問(wèn)題的解。例如，當(dāng)每個(gè)QA調(diào)度的長(zhǎng)度相對(duì)較短，例如比1/(A (g + d)2更短 時(shí)，能夠?qū)⒌念A(yù)定次數(shù)選擇為相對(duì)較大，例如1000次迭代或更多。在每個(gè)QA調(diào)度的長(zhǎng)度 相對(duì)較長(zhǎng)，例如比1/(A (g + ￡~))2更長(zhǎng)的情況下，能夠?qū)⒌念A(yù)定次數(shù)選擇為相對(duì)較少，例 如小于1000次迭代。
[0082]本說(shuō)明書中所描述的電子實(shí)施例一一即非量子實(shí)施例、主題、以及數(shù)字功能操作， 包括本說(shuō)明書中所公開的結(jié)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)化等同物，能夠被實(shí)現(xiàn)在:數(shù)字電子電路、有形地體 現(xiàn)的計(jì)算機(jī)軟件或固件、計(jì)算機(jī)硬件、或者它們中的一個(gè)或多個(gè)的組合中。本說(shuō)明書中所描 述的數(shù)字主題的實(shí)施例能夠被實(shí)現(xiàn)為一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)程序，即計(jì)算機(jī)程序指令的一個(gè)或 多個(gè)模塊，所述計(jì)算機(jī)程序指令編碼在用于由數(shù)字處理設(shè)備執(zhí)行或控制其操作的有形非暫 時(shí)性存儲(chǔ)介質(zhì)上。計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)能夠是機(jī)器可讀的存儲(chǔ)裝置、機(jī)器可讀的存儲(chǔ)基質(zhì)、隨機(jī) 或串行存取存儲(chǔ)器裝置、或者它們中的一個(gè)或多個(gè)的組合。替選地或另外地，程序指令能夠 被編碼在人工生成的傳播信號(hào)上，例如編碼在機(jī)器生成的電、光、或電磁信號(hào)上，所述傳播 信號(hào)被生成以編碼信息，所述信息用于傳輸?shù)胶线m的接收器設(shè)備以供數(shù)據(jù)處理設(shè)備執(zhí)行。 [0083]術(shù)語(yǔ)"數(shù)據(jù)處理設(shè)備"指代數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理硬件并且涵蓋用于處理數(shù)據(jù)的所有類型 的設(shè)備、裝置、和機(jī)器，包括例如可編程數(shù)字處理器、數(shù)字計(jì)算機(jī)、或者多個(gè)數(shù)字處理器或計(jì) 算機(jī)。該設(shè)備還能夠是或進(jìn)一步包括專用邏輯電路，例如FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列）或ASIC (專用集成電路）。除了硬件以外，該設(shè)備還能夠可選地包括為計(jì)算機(jī)程序創(chuàng)建執(zhí)行環(huán)境的 代碼，例如構(gòu)成處理器固件、協(xié)議棧、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、或者它們中的一個(gè)或多個(gè) 的組合的代碼。
[0084] 計(jì)算機(jī)程序也可以被稱作或被描述為程序、軟件、軟件應(yīng)用、模塊、軟件模塊、腳 本、或代碼，能夠以任何形式的編程語(yǔ)言來(lái)編寫計(jì)算機(jī)程序，所述編程語(yǔ)言包括編譯或解釋 語(yǔ)言、或者說(shuō)明性或過(guò)程語(yǔ)言，并且能夠以任何形式來(lái)部署所述計(jì)算機(jī)程序，包括作為獨(dú)立 的程序或者作為模塊、組件、子程序、或者適于在數(shù)字計(jì)算環(huán)境中使用的其他單元。計(jì)算機(jī) 程序可以但不必與文件系統(tǒng)中的文件對(duì)應(yīng)。程序能夠被存儲(chǔ)在保持其他程序或數(shù)據(jù)(例如 存儲(chǔ)在標(biāo)記語(yǔ)言文檔中的一個(gè)或多個(gè)腳本）的文件的一部分中、專用于所討論的程序的單 個(gè)文件中、或者多個(gè)協(xié)同文件(例如存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)模塊、子程序、或代碼的一部分的文件） 中。計(jì)算機(jī)程序能夠被部署為在一個(gè)計(jì)算機(jī)上或者在位于一個(gè)地點(diǎn)或者跨多個(gè)地點(diǎn)分布并 通過(guò)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)互連的多個(gè)計(jì)算機(jī)上執(zhí)行。
[0085] 在本說(shuō)明書中描述的過(guò)程和邏輯流能夠由一個(gè)或多個(gè)可編程數(shù)字計(jì)算機(jī)執(zhí)行，所 述可編程數(shù)字計(jì)算機(jī)酌情操作一個(gè)或多個(gè)量子處理器，執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)程序以通過(guò) 對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行操作并生成輸出來(lái)執(zhí)行功能。所述過(guò)程和邏輯流還能夠通過(guò)例如FPGA或 ASIC的專用邏輯電路來(lái)執(zhí)行，并且設(shè)備也能夠被實(shí)現(xiàn)為例如FPGA或ASIC的專用邏輯電路。 對(duì)于一個(gè)或多個(gè)數(shù)字計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)而言，被"配置為"執(zhí)行特定操作或動(dòng)作意為：系統(tǒng)具有 其上所安裝的運(yùn)行以使得系統(tǒng)執(zhí)行操作或動(dòng)作的軟件、固件、硬件、或它們的組合。對(duì)于一 個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)程序而言，被配置為執(zhí)行特定操作或動(dòng)作意為:一個(gè)或多個(gè)程序包括指令， 所述指令當(dāng)由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理設(shè)備執(zhí)行時(shí)，使得該設(shè)備執(zhí)行所述操作或動(dòng)作。
[0086]適于執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序的數(shù)字計(jì)算機(jī)能夠基于通用微處理器或?qū)Ｓ梦⑻幚砥骰蜻@ 兩者，或者任何其他種類的中央處理單元。通常，中央處理單元將接收來(lái)自只讀存儲(chǔ)器或隨 機(jī)存取存儲(chǔ)器或者這兩者的指令和數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)的基本元件是：用于實(shí)施或執(zhí)行指令的中 央處理單元，以及用于存儲(chǔ)指令和數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器裝置。中央處理單元和存儲(chǔ)器 能夠由專用邏輯電路補(bǔ)充，或者被并入專用邏輯電路。通常，數(shù)字計(jì)算機(jī)還將包括用于存儲(chǔ) 數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)大容量存儲(chǔ)裝置，例如磁盤、磁光盤、或光盤，或者計(jì)算機(jī)被可操作地耦 合以接收來(lái)自所述一個(gè)或多個(gè)大容量存儲(chǔ)裝置的數(shù)據(jù)或向其傳送數(shù)據(jù)，或者以上兩者。然 而，計(jì)算機(jī)不必具有這樣的裝置。適于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序指令和數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括 所有形式的非易失性存儲(chǔ)器、介質(zhì)、和存儲(chǔ)器裝置，包括例如：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置，例如 EPROM、EEPROM、和閃速存儲(chǔ)器裝置;磁盤，例如內(nèi)部硬盤或可移動(dòng)盤;磁光盤；以及⑶-ROM和 DVD-ROM 盤。
[0087] 本說(shuō)明書中所描述的各個(gè)系統(tǒng)或者它們的部分的控制能夠被實(shí)現(xiàn)在包括指令的 計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品中，所述指令被存儲(chǔ)在一個(gè)或多個(gè)非暫時(shí)性機(jī)器可讀的存儲(chǔ)介質(zhì)上，并且 可在一個(gè)或多個(gè)數(shù)字處理裝置上執(zhí)行。本說(shuō)明書中所描述的系統(tǒng)或者它們的部分能夠各自 被實(shí)現(xiàn)為設(shè)備、方法、或電子系統(tǒng)，其可以包括存儲(chǔ)可執(zhí)行指令的一個(gè)或多個(gè)數(shù)字處理裝置 和存儲(chǔ)器以執(zhí)行本說(shuō)明書中所描述的操作。
[0088] 雖然本說(shuō)明書包含許多【具體實(shí)施方式】細(xì)節(jié)，但是這些細(xì)節(jié)不應(yīng)當(dāng)被解釋為對(duì)可能 要求保護(hù)的內(nèi)容的范圍的限制，而應(yīng)當(dāng)被解釋為對(duì)具體到特定實(shí)施例的特征的描述。還能 夠?qū)⒃诒菊f(shuō)明書中在分離的實(shí)施例的場(chǎng)境中描述的某些特征組合在單個(gè)實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。相 反地，也能夠?qū)⒃趩蝹€(gè)實(shí)施例的場(chǎng)境中描述的各種特征分離地在多個(gè)實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)或在任 何合適的子組合中實(shí)現(xiàn)。此外，盡管可能在上面將特征描述為在某些組合中起作用，甚至最 初如此要求保護(hù)，但是可以在一些情況下將來(lái)自所要求保護(hù)的組合的一個(gè)或多個(gè)特征從組 合中刪去，并且可以將所要求保護(hù)的組合指向子組合或者子組合的變型。
[0089] 類似地，雖然在附圖中以特定順序描繪了操作，但是不應(yīng)當(dāng)將這理解為需要以所 示的特定順序或者以序列順序來(lái)執(zhí)行這樣的操作、或者需要執(zhí)行所有圖示的操作才能達(dá)到 期望的結(jié)果。在某些情況下，多任務(wù)以及并行處理可以是有利的。此外，不應(yīng)當(dāng)將在上述實(shí) 施例中的各種系統(tǒng)組件的分離理解為在所有實(shí)施例中均需要這樣的分離，而應(yīng)當(dāng)理解的 是，通常能夠?qū)⑺枋龅某绦蚪M件和系統(tǒng)一起集成在單個(gè)軟件產(chǎn)品中或封裝為多個(gè)軟件產(chǎn) 品。
[0090] 已經(jīng)描述了本主題的特定實(shí)施例。其他實(shí)施例落入所附的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。 例如，能夠以不同的順序來(lái)執(zhí)行權(quán)利要求中記載的動(dòng)作并且仍然達(dá)到期望的結(jié)果。作為一 個(gè)示例，在附圖中描繪的過(guò)程不一定要求所示的特定順序或序列順序來(lái)達(dá)到期望的結(jié)果。 在某些情況下，多任務(wù)以及并行處理可以是有利的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種設(shè)備，包括： 量子單元；以及 所述量子單元當(dāng)中的耦合器，每個(gè)耦合器被配置為將量子單元對(duì)耦合，使得表征所述 量子單元和所述耦合器的量子哈密頓量為：其中，代表無(wú)序以及g^n定義一般二體相互作用參數(shù)，N是量子單元對(duì)的總數(shù)目，i表 不第i量子單兀對(duì)，hi和Jij具有與每個(gè)量子單兀對(duì)中的量子單兀之間的親合強(qiáng)度相關(guān)聯(lián)的 實(shí)數(shù)值，并且I(t)、G(t)、和P(t)是依賴于時(shí)間的控制參數(shù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述量子單元包括第一對(duì)超導(dǎo)量子單元，所述第 一對(duì)包括： 第一超導(dǎo)量子單元，所述第一超導(dǎo)量子單元被配置為具有可控量子運(yùn)算符σ:1，其中i = x、y、或z并且表示希爾伯特空間中的方向； 第二超導(dǎo)量子單元，所述第二超導(dǎo)量子單元被配置為具有可控量子運(yùn)算符021，其中i = x、y、或z并且表示希爾伯特空間中的方向；以及 其中，所述耦合器包括： 所述第一超導(dǎo)單元與所述第二超導(dǎo)單元之間的第一耦合器，其中，當(dāng)沿z方向施加磁場(chǎng) 時(shí)，所述第一耦合器以由表示的第一耦合來(lái)將所述第一超導(dǎo)單元與所述第二超導(dǎo)單 元耦合；以及 所述第一超導(dǎo)單元與所述第二超導(dǎo)單元之間的第二耦合器，其中，當(dāng)沿z方向施加磁場(chǎng) 時(shí)，所述第二耦合器以表示的第二耦合來(lái)將所述第一超導(dǎo)單元與所述第二超 導(dǎo)單元耦合。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述第一超導(dǎo)量子單元包括第一超導(dǎo)量子位并且 所述可控量子運(yùn)算符σ:1是二進(jìn)制的，以及所述第二超導(dǎo)量子單元包括第二超導(dǎo)量子位并且 所述可控量子運(yùn)算符ο/是二進(jìn)制的。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述第一耦合器和所述第二耦合器包括電感耦合 器。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述耦合器包括所述第一超導(dǎo)單元與所述第二超 導(dǎo)單元之間的第三耦合器，其中，當(dāng)沿ζ方向施加磁場(chǎng)時(shí)，所述第二耦合器以由 〇1~/表示的 第三耦合來(lái)耦合所述第一超導(dǎo)單元與所述第二超導(dǎo)單元。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，每對(duì)超導(dǎo)量子單元具有與權(quán)利要求2中所記載的 第一對(duì)超導(dǎo)量子單元相同的結(jié)構(gòu)，其中不同對(duì)超導(dǎo)量子單元通過(guò)附加耦合器來(lái)耦合。7. 一種方法，包括： 對(duì)于具有由量子哈密頓量HtQtal表征的可控量子態(tài)的可控量子處理器，所述量子處理器 被控制為使得所述哈密頓量Htcltai隨時(shí)間推移從初始量子哈密頓量Hi演化為問(wèn)題量子哈密 頓量H P，其中HP的能譜對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化問(wèn)題的解進(jìn)行編碼，以及其中隨著^。^從出演化為 H P，所述量子處理器的量子態(tài)從Hi的基態(tài)向私的基態(tài)演化， 由一個(gè)或多個(gè)處理器導(dǎo)出表征所述量子處理器的HtQtal的自發(fā)能譜的數(shù)據(jù)，所述導(dǎo)出基 于在Htotai具有所述自發(fā)能譜的時(shí)間時(shí)的Hi與迅的組合； 由所述一個(gè)或多個(gè)處理器基于量子硬件塊所處的浴的重組能和頻率來(lái)估計(jì)所述浴的 平均聲子能量；以及 由所述一個(gè)或多個(gè)處理器基于表征Htcltal的所述能譜的所導(dǎo)出的數(shù)據(jù)以及所計(jì)算的平 均聲子能量來(lái)確定附加量子哈密頓量Hqg，使得當(dāng)與Htcltai組合時(shí)，在沒有將HP對(duì)角化的情況 下隨著Hto tai演化為HP，Hqg限制所述量子態(tài)演化為HP的基態(tài)。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，包括：當(dāng)HtQtal演化為HP時(shí)記錄對(duì)于所述量子態(tài)處于迅的 基態(tài)的概率所選擇的概率質(zhì)量函數(shù)，以及H QC也基于所選擇的概率質(zhì)量函數(shù)來(lái)確定以及使用 所選擇的概率質(zhì)量函數(shù)來(lái)確定所述附加量子哈密頓量。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述自發(fā)能譜在演化為HP的總時(shí)間的大 約一半時(shí)間時(shí)被獲得。10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，導(dǎo)出關(guān)于量子相變時(shí)的Htcltal的能譜的信息包括： 使用量子蒙特卡羅技術(shù)、平均場(chǎng)理論、或者馬庫(kù)斯理論來(lái)評(píng)估H total的基態(tài)能量。11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，關(guān)于能譜的所述信息包括實(shí)際能級(jí)、所述實(shí)際能 級(jí)之間的間隔、所述實(shí)際能級(jí)之間的所述間隔的分布、或者相鄰平均能級(jí)之間的平均間隔。12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，計(jì)算所述浴的所述平均聲子能量包括使用開放 量子系統(tǒng)模型來(lái)計(jì)算所述平均聲子能量。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述平均聲子能量滿足下面的等式：其中，J( ω )是以下中的一個(gè):Omhic譜密度= 超Omhic譜密度：κ =; Drude-Lorentz譜密度，以及平坦譜分布:J( ω ) = 1，λ是重組能，以及γ是浴頻 率截止。14. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，確定附加量子哈密頓量HQC包括:選擇隨機(jī)矩陣的 指數(shù)族以表示H QC的分布，以及確定用于隨機(jī)矩陣的所選擇的指數(shù)族的控制參數(shù)。15. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，確定附加量子哈密頓量％(；包括確定％(；以使得:在 哈密頓量的演化期間以及在哈密頓量H tQtal具有所述自發(fā)能譜的時(shí)間時(shí)，所述量子態(tài) 從Htcltai的基態(tài)至Htcltai的激發(fā)態(tài)的激發(fā)被抑制，以及在該時(shí)間之后，所述量子態(tài)從H tcltai的激 發(fā)態(tài)松弛至Htotai的基態(tài)。16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，HqC被確定為使得:在該時(shí)間之前，HqC的能級(jí)之間 的平均間隔^與瓜。^的能級(jí)之間的平均間隔^的結(jié)合遠(yuǎn)大于所述浴的平均聲子能量 巧;以及在該時(shí)間之后，如的能級(jí)之間的平均間隔與出_1的能級(jí)之間的平均間隔^的 結(jié)合與所述浴的所述平均聲子能量&相似。17. -種方法，包括： 對(duì)于解決機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化問(wèn)題的量子處理器， (a)由一個(gè)或多個(gè)處理器將所述機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化問(wèn)題編碼為表征所述量子處理器的量子 哈密度量的能譜，其中所述量子處理器是可控的以使得HtQtal隨時(shí)間推移從初始量子 哈密頓量出演化為問(wèn)題量子哈密頓量H P，其中叫的能譜對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化問(wèn)題的解進(jìn)行編碼， 以及其中隨著Htcltai從Hi演化為HP，量子態(tài)從Hi的基態(tài)向HP的基態(tài)演化； (b)基于用于編程所述量子處理器的所述編碼來(lái)輸出控制參數(shù)的第一集合以及參數(shù)化 Htotal ; (C)由所述一個(gè)或多個(gè)處理器導(dǎo)出附加量子哈密頓量HQG，使得當(dāng)與Htotal組合時(shí)，在沒有 將迅對(duì)角化的情況下隨著Htcltai演化為Hp，Hqg限制所述量子態(tài)演化為迅的所述基態(tài)； (d) 基于所導(dǎo)出的HQG來(lái)輸出控制參數(shù)的第二集合以用于編程所述量子處理器以反映參 數(shù)化的Htotal;以及 (e) 由所述一個(gè)或多個(gè)處理器從所述量子處理器接收與所述演化結(jié)束時(shí)的所述量子態(tài) 的狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的輸出。18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，包括以預(yù)定次數(shù)重復(fù)步驟(c)-(d)，并且執(zhí)行對(duì)所接 收的輸出的統(tǒng)計(jì)分析。19. 一種設(shè)備，包括： 量子單元；以及 所述量子單元當(dāng)中的耦合器，每個(gè)耦合器被配置為將量子單元對(duì)耦合； 其中，所述量子單元和所述耦合器被配置為由量子退火器和量子調(diào)節(jié)器表征，以及 其中，所述量子單元和所述耦合器被配置為使得所述量子調(diào)節(jié)器在量子退火過(guò)程中的 第一時(shí)間段期間抑制所述量子退火器從瞬時(shí)基態(tài)向更高能態(tài)的激發(fā)，并且在所述量子退火 過(guò)程中的第二時(shí)間段期間促進(jìn)所述量子退火器從更高能態(tài)向更低能態(tài)的松弛。20. 根據(jù)權(quán)利要求19的設(shè)備，其中，所述量子退火器在所述量子退火過(guò)程中經(jīng)歷四個(gè) 相，包括:初始、激發(fā)、松弛、以及凍結(jié)。21. 根據(jù)權(quán)利要求20的設(shè)備，其中，所述第一時(shí)間段包括所述初始相和激發(fā)相。22. 根據(jù)權(quán)利要求21的設(shè)備，其中，所述第二時(shí)間段包括所述松弛相和凍結(jié)相。23. 根據(jù)權(quán)利要求22的設(shè)備，其中，在所述第一時(shí)間段中，所述量子調(diào)節(jié)器創(chuàng)建所述量 子單元和所述耦合器所處的浴的平均聲子能量與所述量子退火器的平均能級(jí)間隔之間的 不匹配以抑制不希望的激發(fā)。24. 根據(jù)權(quán)利要求22的設(shè)備，其中，在所述第二時(shí)間段中，所述量子調(diào)節(jié)器通過(guò)創(chuàng)建所 述量子退火器以及所述量子單元和所述耦合器所處的浴的譜密度之間的重疊來(lái)增強(qiáng)熱波 動(dòng)。
【文檔編號(hào)】G06N99/00GK105960650SQ201480074980
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2014年12月31日
【發(fā)明人】馬蘇德·穆赫辛尼, 哈特穆特·內(nèi)文
【申請(qǐng)人】谷歌公司