Scaling Advantage in Approximate Optimization with Quantum Annealing

缩放比例 量子退火 量子 模拟退火 统计物理学 物理 计算机科学 量子力学 量子计算机 算法 数学 几何学
作者
Humberto Munoz-Bauza,Daniel A. Lidar
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:134 (16): 160601-160601 被引量:10
标识
DOI:10.1103/physrevlett.134.160601
摘要

Quantum annealing is a heuristic optimization algorithm that exploits quantum evolution to find low-energy states. Quantum annealers have scaled up in recent years to tackle increasingly larger and more highly connected discrete optimization and quantum simulation problems. Nevertheless, a computational quantum advantage in exact optimization using quantum annealing hardware has so far remained elusive. Here, we present evidence for a quantum annealing scaling advantage in approximate optimization. The advantage is relative to the top classical heuristic algorithm: parallel tempering with isoenergetic cluster moves (PT-ICM). The setting is a family of 2D spin-glass problems with high-precision spin-spin interactions. To achieve this advantage, we implement quantum annealing correction (QAC): an embedding of a bit-flip error-correcting code with energy penalties that leverages the properties of the D-Wave Advantage quantum annealer to yield over 1,300 error-suppressed logical qubits on a degree-5 interaction graph. We generate random spin-glass instances on this graph and benchmark their time-to-epsilon, a generalization of the time-to-solution metric for low-energy states. We demonstrate that, with QAC, quantum annealing exhibits a scaling advantage over PT-ICM at sampling low-energy states with an optimality gap of at least 1.0%. This amounts to the first demonstration of an algorithmic quantum speedup in approximate optimization.
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