早稻田大学 一种可以减小量子系统位宽的方法，称为伊辛模型，用于解决组合优化问题
学分:早稻田大学 给定一个城市列表和每对城市之间的距离，您如何确定访问每个城市一次并返回起始位置的最短路线？这个著名的问题被称为“旅行推销员问题”，是一个组合优化问题的例子
使用传统计算机解决这些问题可能非常耗时，为此，人们发明了一种称为“量子退火器”的特殊装置
量子退火器被设计用来寻找伊辛模型的最低能态(或基态)
这种模型是一个量子力学系统的抽象表示，该系统涉及相互作用的自旋，这些自旋也受到外部磁场的影响
在90年代后期，科学家发现组合优化问题可以被公式化为伊辛模型，而伊辛模型又可以在量子退火器中物理实现
为了获得一个组合优化问题的解，人们只需观察相关量子退火器在短时间后达到的基态
这一过程中最大的挑战之一是将逻辑伊辛模型转化为适用于量子退火的物理可实现伊辛模型
有时，自旋相互作用或外部磁场的数值需要许多比特来表示(比特宽度)，这对物理系统来说太大了
这严重限制了量子退火器在现实问题中的通用性和适用性
幸运的是，在最近发表在《电气和电子工程师协会计算机学报》上的一项研究中，日本科学家已经解决了这个问题
纯粹基于数学理论，他们开发了一种方法，通过这种方法，可以将给定的逻辑伊辛模型转换为具有所需位宽的等效模型，从而使其适合所需的物理实现
他们的方法是在伊辛模型中为有问题的相互作用或磁场增加辅助自旋，使得转换后的模型的基态(解)与原始模型相同，同时还需要较低的位宽
该技术相对简单，完全可以保证产生一个等效的伊辛模型，其解与原模型相同
“我们的策略是世界上第一个从理论上有效解决伊辛模型中自旋相互作用和磁场系数位宽减少问题的策略，”领导这项研究的日本早稻田大学的野佐木·托加瓦教授说
科学家们还在几个实验中测试了他们的方法，这进一步证实了其有效性
教授
托加瓦对此抱有很高的期望，他总结道:“这项研究中开发的方法将扩大量子退火器的适用性，使它们对处理物理伊辛模型和各种组合优化问题的人更具吸引力
这类问题在密码学、物流、人工智能等许多领域都很常见
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