1. Adiabatic Quantum Computation: From Adiabatic Theorem to D-Wave Computer
- Author
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Paulo J. P. Souza, Taysa M. Mendonça, Estêvão V. B. de Oliveira, and Celso J. Villas-Boas
- Subjects
Annealing quântico ,Physics ,QC1-999 ,Computação quântica adiabática ,General Physics and Astronomy ,Adiabatic quantum computing ,D-Wave company ,empresa D-Wave ,Quantum Annealing ,Education - Abstract
Neste artigo descrevemos os fundamentos da computação quântica adiabática, que consiste na interpolação de diferentes Hamiltonianos, desde um Hamiltoniano inicial, com autoestados e autoenergias conhecidos, até um Hamiltoniano final, onde é codificada a solução de um dado problema. Em particular, discutimos o método do annealing quântico, que é utilizado pela empresa canadense D-Wave, pioneira nessa área. Primeiramente apresentamos uma das demonstrações do teorema adiabático quântico e de uma condição de adiabaticidade para evolução de sistemas quânticos. Para exemplificar, descrevemos a implementação do algoritmo de Grover via computação quântica adiabática, discutindo os impactos da escolha da forma de interpolação dos Hamiltonianos inicial e final na complexidade do algoritmo. Em seguida, mostramos um algoritmo para o problema do caixeiro viajante executável na plataforma da D-Wave. Por fim, apresentamos aspectos físicos importantes da tecnologia dos computadores quânticos da D-Wave, expondo suas vantagens e desvantagens, além de descrever qualitativamente a engenharia de seu processador quântico. In this paper we describe the fundamentals of the adiabatic quantum computing, which consists of the interpolation of different Hamiltonians, from an initial Hamiltonian, with known eigenstates and eigenenergies, to a final Hamiltonian, in which the solution to a given problem is encoded. In particular, we discuss the quantum annealing method, which is used by the Canadian company D-Wave, a pioneer in this area. Firstly, we present the proof of the quantum adiabatic theorem and an adiabaticity condition for the evolution of quantum systems. To exemplify, we describe the implementation of the Grover algorithm via adiabatic quantum computing, discussing the impacts of the choice of the interpolation form of the initial and final Hamiltonians on the complexity of the algorithm. In the following, we show an algorithm for the travelling salesman problem executable on the D-Wave platform. Finally, we present important physical aspects of D-Wave’s quantum computer technology, exposing its advantages and disadvantages, in addition to qualitatively describing the engineering of its quantum processor.
- Published
- 2021