O que exatamente é o recozimento reverso?

O Quantum Annealing (questões relacionadas ao Quantum Annealing ou hamiltonian related ) é o processo usado no Quantum Annealer da D-Waves, no qual as paisagens energéticas são exploradas, para diferentes soluções, e ajustando um hamiltoniano adequado, se concentra em um possível ideal solução para um problema. O processo de recozimento quântico reduz "campos magnéticos transversais" no Hamiltoniano, além de outros efeitos quânticos, como tunelamento quântico, entrelaçamento e superposição, que por sua vez, todos desempenham um papel no zeramento de um "vale" de uma função de onda mecânica quântica , onde está a solução "mais provável".

O processo de recozimento reverso, muito brevemente, é usar métodos clássicos, como o recozimento simulado, para encontrar uma solução e aprimorar um vale usando o recozimento quântico. Se o Hamiltoniano usado pelo Quantum Annealer já está em um "vale", como está sendo passada uma solução em primeiro lugar - A máquina D-Wave alcança outro "vale" (uma solução melhor?) Usando o Hamiltoniano passado para isso, em primeiro lugar?

Até recentemente, os dispositivos de recozimento quântico da D-Wave sempre começavam de uma superposição uniforme em todos os qubits:$N$

                                                $H_{initial} = |+\rangle_0 \otimes |+\rangle_1 ... \otimes |+\rangle_N$

onde .$|+\rangle_i = \frac{1}{\sqrt{2}} (|0\rangle_i + |1\rangle_i)$

Então, suponha que você já tenha executado alguns recozimentos com essa configuração e um dos resultados de baixa energia pareça uma solução relativamente boa (algumas ótimas locais) para o seu problema de otimização. Até a introdução muito recente do recurso de recozimento reverso , era impossível usar essa solução como entrada para o próximo recozimento, a fim de explorar o espaço local em torno dessa solução para bitstrings com energia ainda mais baixa. Portanto, o recozimento reverso nos permite inicializar o recozimento quântico com uma solução (clássica) conhecida e pesquisar o espaço de estados em torno desse ótimo local.

Ao explorar cenários de energia complicados (robustos) de problemas de otimização, você precisa equilibrar a exploração global do espaço de estado com a exploração de ótimos locais. No tradicional recozimento quântico (onda D), começamos com um campo transversal alto que depois diminui gradualmente conforme você descreveu na sua pergunta. O recozedor quântico da D-Wave estava realizando uma pesquisa global (devido a muitos tunelamentos quânticos) no início do cronograma de recozimento, quando o campo transversal era forte. À medida que o campo transversal fica mais fraco, a pesquisa se torna cada vez mais local. Por outro lado, o recozimento reverso começa com uma solução clássica definida pelo usuário e depois aumenta gradualmente o campo transversal (recozimento para trás) para diminuir novamente o campo transversal (recozimento para frente).

Isso introduz a nova distância de inversão de parâmetro, que determina até onde você deseja recozir para trás (quão forte o campo transversal deve se tornar). A D-Wave publicou as duas plotagens a seguir neste D-Wave Whitepaper :

No gráfico esquerdo, você pode ver que a distância de reversão é um novo hiperparâmetro muito importante, pois seu valor determina a probabilidade de obter um novo estado fundamental (região azul). Se a distância de reversão for muito baixa, você obterá o mesmo estado em que começou (região vermelha), o que seria inútil. E, é claro, se você inverte o recozimento por muito tempo, essencialmente realiza o recozimento quântico tradicional e perde as informações com as quais começou. Lembre-se de que muito campo transversal significa que estamos realizando uma pesquisa global novamente!

A plotagem correta mostra essencialmente a mesma coisa, plotando a distância de Hamming contra a distância de reversão e a probabilidade de obter um novo estado fundamental. Para o seu problema em questão, você deseja encontrar o ponto ideal (máximos da curva vermelha). Para grandes distâncias de reversão, vemos novamente que obtemos cadeias de solução que estão longe do nosso estado inicial em termos de distância de Hamming.

Em suma , o recozimento reverso é uma coisa bastante nova e, pelo que sei, não há trabalhos publicados sobre sua eficácia. Em seu White Paper , a D-Wave reivindica a geração de 'novos ótimos globais até 150 vezes mais rápido que o recozimento quântico direto'.

Existem alguns artigos sobre algoritmos que podem ser construídos usando o recozimento reverso, http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1367-2630/aa59c4/meta e https://arxiv.org/abs/1609.05875 ( vale ressaltar o trabalho anterior em sistema fechado um tanto relacionado: https://link.springer.com/article/10.1007/s11128-010-0168-z ). Quanto aos resultados experimentais, acho que os únicos visíveis publicamente no momento da redação do artigo são o white paper apresentado no post anterior. No entanto, haverá um novo trabalho apresentado no AQC 2018 ( https://ti.arc.nasa.gov/events/aqc-18/ ) no final de junho e essas conversas geralmente são colocadas online alguns meses após a conferência.