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 the 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 the original computation 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(202]]],使用数百夸比特,特别是所谓的单位磁盘图上的最大独立设置问题在这种量子系统中被证明是高效率的。在这里,我们通过从最初的计算问题中建立清晰的绘图,将可在Rydberg阵列中有效编码的问题类别扩大到单位 - disk 图形上的最大加权独立设置问题,最多在Qqubit数量上最多有一个等离子。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未受限制的二进制优化问题,以及整数因子化。关于小系统大小的模拟表明,解决绘图问题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阵列阵列阵列以任意的硬件连接提供了蓝图。

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