Étude des performances des machines à recuit quantique pour la résolution de problèmes combinatoires

Study of the performance of quantum annealing machines for solving combinatorial problems

• Auteur / Autrice : Daniel Vert
• Direction : Renaud Sirdey, Stéphane Louise
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 22/03/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'intégration des systèmes et des technologies (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2001-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Jury : Président / Présidente : Dritan Nace
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Tristan Meunier, Marc Sevaux, Daniel Estève, Louis Granboulan, Elham Kashefi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Tristan Meunier, Marc Sevaux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Recherche opérationnelle

Informatique quantique

Optimisation combinatoire

Mots clés libres

Optimisations

, ordinateur quantique adiabatique

, ordiGraphe d’interconnexion des qubits

Optimization

Adiabatic Quantum Computing

Qubit Interconnection Graphs

Résumé

La principale contribution de cette thèse est d'étudier expérimentalement le comportement des ordinateurs quantiques analogiques tels que ceux commercialisés par D-Wave lorsqu'ils sont confrontés à des cas de problèmes de couplage biparti de cardinalité maximale spécifiquement conçus pour être difficiles à résoudre au moyen d'un recuit simulé. Nous comparons un "Washington" (2X) de D-Wave avec 1098 qubits utilisables sur différentes tailles d'instances et nous observons que pour tous ces cas, sauf les plus triviaux, la machine ne parvient pas à obtenir une solution optimale. Ainsi, nos résultats suggèrent que le recuit quantique, du moins tel qu'il est mis en œuvre dans un dispositif D-Wave, tombe dans les mêmes pièges que le recuit simulé et fournit donc des preuves supplémentaires suggérant qu'il existe des problèmes polynomiaux qu'une telle machine ne peut pas résoudre efficacement pour atteindre l'optimalité. En outre, nous étudions dans quelle mesure les topologies d'interconnexion des qubits expliquent ces derniers résultats expérimentaux.

The main contribution of this thesis is to investigate the behavior of analog quantum computers as commercialized by D-Wave when confronted to instances of the maximum cardinality matching problem which is specifically designed to be hard to solve by means of simulated annealing. We benchmark a D-Wave “Washington” (2X) with 1098 operational qubits on various sizes of such instances and observe that for all but the most trivially small of these it fails to obtain an optimal solution. Thus, our results suggest that quantum annealing, at least as implemented in a D-Wave device, falls in the same pitfalls as simulated annealing and hence provides additional evidences suggesting that there exist polynomial-time problems that such a machine cannot solve efficiently to optimality. Additionally, we investigate the extent to which the qubits interconnection topologies explains these latter experimental results.