D-wave社のquantum annealing (量子焼きなまし法)については同社がいろいろな解説文やyoutubeを出しています。わかりやすいです。量子力学の教材としても良いと思います。
https://dwavejapan.com/app/uploads/2019/12/09-1076A-T_J_GettingStarted.pdf
シリコンでできた半導体回路を使うのではなく、スピン間の相互作用を自在に設定した「磁性体」を作って「温度」を下げていけば、最低エネルギー状態が見つかるだろう、という考えです。そんな磁性体は実際には存在しないのですが、超伝導体でできた小さい輪に永久電流を流してスピンの替わりにすれば、電圧や磁場で相互作用をプログラムできます。
計算開始時(「高温」)にはスピンが↑↓方向を向いた重ね合わせの量子的な状態ですが、計算終了時(「低温」)にはどちらかに確定していて、それが最適化問題の答えになります。「高温」の代わりに↑↓しか取れないスピンに対して横向きの磁場をかけておき、それを弱くしていくことでも実現できます。エネルギーが最低値になっているかどうか(最適化問題の最適解かどうか)は保証されませんが、「冷却」条件をうまく設定すれば最低値の近くにいるだろうということは言えます。実用的にはそれで十分でしょう。従来の計算法では組み合わせの全体像が見えないため、最小値でない極小値に落ち込む可能性がありますが、量子効果(トンネル効果)で極小値同士の山を越えられるためその問題を避けられるはず、という考えです。亜種はありますが、D-wave方式の最初のアイデアは東工大の西森名誉教授です(1998年)。
最適化問題をどうスピン間の相互作用に落とし込むか(プログラミング)、ハードウェアはどうなっているか、は明日以降見てみましょう。
英語は https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_annealing
”Quantum annealing (QA) is an optimization process for finding the global minimum of a given objective function over a given set of candidate solutions (candidate states), by a process using quantum fluctuations.Quantum annealing is used mainly for problems where the search space is discrete (combinatorial optimization problems) with many local minima, such as finding the ground state of a spin glass or solving QUBO problems, which can encode a wide range of problems like Max-Cut, graph coloring, SAT or the traveling salesman problem.”
optimization 最適化
a given set of candidate solutions 与えられた候補解
quantum fluctuations 量子ゆらぎ
discrete 離散的
combinatorial optimization problems 組み合わせ最適化問題
traveling salesman problem 巡回セールスマン問題
”Quantum annealing can be compared to simulated annealing, whose “temperature” parameter plays a similar role to quantum annealing’s tunneling field strength. In simulated annealing, the temperature determines the probability of moving to a state of higher “energy” from a single current state. In quantum annealing, the strength of transverse field determines the quantum-mechanical probability to change the amplitudes of all states in parallel. Analytical and numerical evidence suggests that quantum annealing outperforms simulated annealing under certain conditions.”
the strength of transverse field 横磁場の強度
analytical and numerical 解析的および数値的
quantum annealing outperforms simulated annealing under certain conditions 特定の条件の下では量子焼きなまし計算は計算機焼きなましを凌駕する