Quantum computing is an information processing paradigm that uses quantum-mechanical properties to speedup computationally hard problems. Although promising, existing gate-based quantum computers consist of only a few dozen qubits and are not large enough for most applications. On the other hand, existing QAs with few thousand of qubits have the potential to solve some domain-specific optimization problems. QAs are single instruction machines and to execute a program, the problem is cast to a Hamiltonian, embedded on the hardware, and a single quantum machine instruction (QMI) is run. Unfortunately, noise and imperfections in hardware result in sub-optimal solutions on QAs even if the QMI is run for thousands of trials. The limited programmability of QAs mean that the user executes the same QMI for all trials. This subjects all trials to a similar noise profile throughout the execution, resulting in a systematic bias. We observe that systematic bias leads to sub-optimal solutions and cannot be alleviated by executing more trials or using existing error-mitigation schemes. To address this challenge, we propose EQUAL (Ensemble Quantum Annealing). EQUAL generates an ensemble of QMIs by adding controlled perturbations to the program QMI. When executed on the QA, the ensemble of QMIs steers the program away from encountering the same bias during all trials and thus, improves the quality of solutions. Our evaluations using the 2041-qubit D-Wave QA show that EQUAL bridges the difference between the baseline and the ideal by an average of 14% (and up to 26%), without requiring any additional trials. EQUAL can be combined with existing error mitigation schemes to further bridge the difference between the baseline and ideal by an average of 55% (and up to 68%).


翻译:量子计算是一种信息处理模式,它使用量子机械特性加速计算棘手问题。虽然有希望,但现有的基于门的量子计算机只由几十平方位组成,对大多数应用程序来说不够大。另一方面,现有的量子计算法只有几千平方位,有可能解决某些特定域优化问题。QA是单一的教学机器,执行一个程序,问题被投向汉密尔顿语,嵌入硬件,单一量子机指令(QMI)正在运行。不幸的是,硬件中的噪音和不完善导致QA的亚优质解决方案,即使QMI只用于数千种试验。而现有的QA的有限可编程则意味着用户对所有试验都执行同样的QMI。这让所有试验都处于一个相似的噪音配置,导致系统性的偏差。我们发现系统偏差会导致低于最优的解决方案,并且无法通过更多的试验或利用现有的差分解方案来缓解。为了应对QA的QA的次最佳质量解决方案,因此,我们建议EMIQQ 的低位程序可以不比Q。为了应对这个挑战,因此,在QAL QQA 的基线程序中将EQUAL 显示一个普通程序升级程序。

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