Near-Term Quantum Algorithms for Classical Sampling
Notice bibliographique
Résumé
In the current era of noisy intermediate-scale quantum devices, quantum sampling algorithms have been of great interest as they permit errors in their execution while maintaining their advantage over classical counterparts [26]. However, the sampling problems considered often do not possess immediate practical relevance. This thesis explores two quantum algorithms for applicable classical sampling problems that can be implemented on today’s quantum devices. Specifically, we are considering algorithms to sample from a Boltzmann distribution of a classical Hamiltonian. This sampling task is of significant importance in the fields of statistical physics, machine learning, and optimization. \n \nThe first such algorithm adiabatically prepares a quantum state which encodes the desired Boltzmann distribution [44]. Projectively measuring this state then produces uncorrelated samples from the desired distribution. The state preparation time scaling of this algorithm can be related to the properties of quantum phase transitions, giving physical insights into the mechanism of speedups found. Numerical investigations of the algorithmic performance on the Ising chain are reproduced, showing a quadratic improvement over a classical Markov chain Monte Carlo (MCMC) method. On the same model, counterdiabatic driving protocols are explored with the limitation of local driving terms. It is shown numerically this restriction of local driving terms leads to unfavourable scaling of the state preparation time. \n \nNext, the quantum-enhanced Markov Chain Monte Carlo algorithm is explored [23]. This hybrid algorithm creates a Markov chain over the classical configuration space, where new configurations are proposed through a projectively measured quantum evolution. This algorithm has guaranteed convergence, independent of the quality of the evolution, making it an algorithm suited for near-term implementation. The performance of this algorithm on the Sherrington-Kirkpatrick model is numerically reproduced, showing faster mixing time than classical MCMC in the low-temperature limit. Bottlenecks of this chain are then explored for the Ising chain, giving an analytic bound on performance showing the algorithmic advantage found for small systems numerically persists for larger system sizes. Finally, this algorithm is tested numerically on the maximum independent set problem, which is native to an array of Rydberg atoms and has been experimentally realized on current quantum devices [12]. Our findings did not indicate any advantage of the quantumenhanced MCMC algorithm over classical algorithms for the limited number of numerically accessible system sizes.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,003 | 0,010 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,002 |
| Communication savante | 0,002 | 0,003 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,003 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,007 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».