Recocido cuántico

Recocido cuántico. El recocido cuántico (QA) es un proceso de optimización para encontrar el mínimo global de una función objetivo determinada sobre un conjunto determinado de soluciones candidatas (estados candidatos), mediante un proceso que utiliza fluctuaciones cuánticas. El recocido cuántico se utiliza principalmente para problemas en los que el espacio de búsqueda es discreto (problemas de optimización combinatoria) con muchos mínimos locales, como encontrar el estado fundamental de un vidrio giratorio o resolver problemas QUBO, que pueden codificar una amplia gama de problemas como Max-Cut, coloración de gráficos, SAT o el problema del viajante. El término "recocido cuántico" fue propuesto por primera vez en 1988 por B. Apolloni, N. Cesa Bianchi y D. De Falco como un algoritmo clásico de inspiración cuántica. Fue formulado en su forma actual por T. Kadowaki y H. Nishimori (ja) en 1998, aunque A. B. Finnila, M. A. Gomez, C. Sebenik y J. D. Doll habían discutido una variante de tiempo imaginario sin coherencia cuántica en 1994.

Contexto teórico

El recocido cuántico comienza a partir de una superposición mecánico-cuántica de todos los estados posibles (estados candidatos) con pesos iguales. Luego, el sistema evoluciona siguiendo la ecuación de Schrödinger dependiente del tiempo, una evolución mecánico-cuántica natural de los sistemas físicos. Las amplitudes de todos los estados candidatos siguen cambiando, logrando un paralelismo cuántico, de acuerdo con la fuerza del campo transversal dependiente del tiempo, lo que provoca un túnel cuántico entre estados o esencialmente un túnel a través de picos. Si la tasa de cambio del campo transversal es lo suficientemente lenta, el sistema permanece cerca del estado fundamental del hamiltoniano instantáneo (ver también cálculo cuántico adiabático). Si se acelera la tasa de cambio del campo transversal, el sistema puede abandonar el estado fundamental temporalmente pero producir una mayor probabilidad de concluir en el estado fundamental del problema final hamiltoniano, es decir, computación cuántica diabática. Finalmente se desactiva el campo transversal y se espera que el sistema haya alcanzado el estado fundamental del modelo clásico de Ising, que corresponde a la solución del problema de optimización original. Inmediatamente después de la propuesta teórica inicial se informó sobre una demostración experimental del éxito del recocido cuántico para imanes aleatorios. También se ha demostrado que el recocido cuántico proporciona un rápido oráculo de Grover para acelerar la raíz cuadrada en la resolución de muchos problemas NP completos.