Programmable quantum systems based on Rydberg atom arrays have recently been used for hardware-efficient tests of quantum optimization algorithms [Ebadi et al., Science, 376, 1209 (2022)] with hundreds of qubits. In particular, the maximum independent set problem on so-called unit-disk graphs, was shown to be efficiently encodable in such a quantum system. Here, we extend the classes of problems that can be efficiently encoded in Rydberg arrays by constructing explicit mappings from a wide class of problems to maximum weighted independent set problems on unit-disk graphs, with at most a quadratic overhead in the number of qubits. We analyze several examples, including: maximum weighted independent set on graphs with arbitrary connectivity, quadratic unconstrained binary optimization problems with arbitrary or restricted connectivity, and integer factorization. Numerical simulations on small system sizes indicate that the adiabatic time scale for solving the mapped problems is strongly correlated with that of the original problems. Our work provides a blueprint for using Rydberg atom arrays to solve a wide range of combinatorial optimization problems with arbitrary connectivity, beyond the restrictions imposed by the hardware geometry.


翻译:基于Rydberg原子阵列的可编程量子系统最近被用于对数子优化算法[Ebadi等人,Science,Science,376,1209(2022)]进行硬件高效测试[Ebadi等人,Science,376,1209(2022]]],使用数百<unk> 。特别是,所谓的单位磁盘图上的最大独立设置的问题在这种量子系统中被证明是高效率的。在这里,我们扩大了赖德贝格阵列中可有效编码的问题类别,从广泛的问题类别建立清晰的绘图,到单位碎片图上的最大加权独立设置问题,最多有qubits的量子图顶部。我们分析了几个例子,包括:任意连接的图形上的最大加权独立设置,任意连接或限制连接的四边际无限制的二进制优化问题,以及整因子化系数化。关于小系统规模的模拟表明,解决绘图问题所需的不连续时间尺度与原始问题密切相关。我们的工作为使用Ryberg阵列阵阵列以任意的硬件连接问题提供了蓝图。</s>

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