Рассматривается задача поиска состояния с наименьшей энергией в модели Изинга с продольным магнитным полем на квантовом компьютере с использованием квантового аппроксимационного оптимизационного алгоритма (QAOA). Показано, как конфигурация спинов на пространственной решетке задаётся состоянием регистра квантового компьютера, а также как гамильтониан модели представляется набором квантовых гейтов (quantum gates). Продемонстрировано, что средняя величина энергии может быть эффективно измерена с помощью теста Адамара. На ряде усложняющихся примеров представлено моделирование работы квантового алгоритма QAOA на симуляторе квантовых вычислений в среде Cirq, в том числе на квантовом полигоне платформы HybriLIT. Приведены основные доводы в пользу эффективности применения квантового компьютера в данной задаче.
Modeling of the QAOA algorithm operation on the quantum computing simulator Cirq
The problem of finding the state with the lowest energy in the Ising model with a longitudinal magnetic field on a quantum computer using a quantum approximation optimization algorithm (QAOA) is considered. It is shown how the configuration of spins on a spatial lattice is encoded by the state of the register of a quantum computer, as well as how the Hamiltonian of the model is represented by a set of quantum gates. It is shown that the average energy value can be effectively measured using the Hadamard test. A number of increasingly complicated examples show the simulation of the quantum algorithm QAOA on a simulator of quantum computing in the Cirq environment, including on the quantum testbed of the HybriLIT platform. The main arguments in favor of the effectiveness of using a quantum computer in this task are presented.
