Limitations of Local Quantum Algorithms on Random Max-k-XOR and Beyond
我们引入了\emph{generic local algorithm}的概念,它严格概括了现有的本地算法,如\emph{factors of i.i.d.}的框架,通过捕获本地\emph{quantum}算法,如量子近似优化算法(QAOA)。受Farhi等人的问题的启发。[arXiv:1910.08187,2019]然后,我们展示了通用局部算法的局限性,包括约束满足问题(CSP)的随机实例的QAOA。具体地说,我们证明了,如果问题满足统计物理学中称为耦合间隙性质(OGP)的几何性质,则任何分配给顶点的通用局部算法(其分配仅取决于具有$o(n)$其他顶点的局部邻域(例如深度小于$ε\log(n)$的QAOA))都不能任意地很好地近似布尔CSP [Chen et al.,Annals of Probability,47(3),2019].通过推广稀释$k$自旋玻璃的相应结果,证明了当$k\geq4$为偶数时,随机MAX-k-XOR问题具有这种性质.我们的浓度引理证实了Brandao等人的猜想。[arXiv:1812.04170,2018]断言QAOA的景观独立性扩展到对数深度-换句话说,对于QAOA角度参数的每个固定选择,对数深度的算法在几乎所有情况下都表现得几乎一样好。这些浓度引理之一是加强麦克迪尔米德不等式,适用于当随机变量有一个高度偏置的分布,并可能是独立的利益。
2022-02-21 cs.CC quant-ph
Partitioned-Constraint QAOA (PC-QAOA): Structural State Preparation and Penalty Enforcement for Quantum Optimization
University of Tennessee at Knoxville(田纳西大学诺克斯维尔分校);Florida State University(佛罗里达州立大学);Carthage College(卡里奇学院)
本文提出PC-QAOA方法,通过结构化和能量化的方式处理约束优化问题,提升量子优化的可行性与解的质量。
2026-05-18 quant-ph
The Quantum Approximate Optimization Algorithm Needs to See the Whole Graph: A Typical Case
量子近似优化算法可以很自然地应用于图上的组合搜索问题。量子线路有p个关于图的局部性的幺正算子的应用。在一个度有界的图上,当p足够小时,QAOA输出的状态中遥远的量子比特的测量给出了不相关的结果。我们专注于寻找大的独立集在随机图与dn/2边保持d固定和n大。利用随机图中几乎最优独立集的重叠间隙性质和QAOA的局部性,我们能够证明,如果p小于d依赖常数乘以log n,则QAOA不能比找到一个大小为d大时最优值的0.854倍的独立集更好。因为对数是缓慢增长的,即使在100万量子位,我们只能证明如果p是个位数,算法就会被阻塞。在更高的p时,算法“看到”整个图,我们没有迹象表明性能受到限制。
2020-04-20 cs.CC quant-ph
Transferability of optimal QAOA parameters between random graphs
量子近似优化算法(QAOA)是通过量子增强组合优化实现量子优势的最有前途的候选算法之一。在典型的QAOA设置中,优化一组量子线路参数以准备用于找到组合优化问题的最优解的量子态。在最近的文献中,已经对特殊QAOA MaxCut问题实例的最优参数集中效应进行了一些经验观察,然而,仍然缺乏对该主题的严格研究。我们表明,收敛的最佳QAOA参数周围的特定值,因此,成功的转移不同QAOA实例之间的参数可以解释和预测的基础上的局部性质的图形,特别是子图(光锥)的类型的图形组成。我们将这种方法应用到随机规则和一般随机图。例如,我们演示了如何优化的参数计算的6节点随机图可以成功地使用,而无需修改为64节点的随机图的近最佳参数,与小于1%的近似比减少的结果。这项工作提出了一种途径,以确定类的组合优化实例,这种变分量子算法QAOA可以大大加快。
2021-06-14 quant-ph
Fast Simulation of High-Depth QAOA Circuits
本文提出一种QAOA模拟器,通过预计算对角哈密顿量降低计算成本,支持CPU和GPU,在n=26量子比特下将参数优化时间缩短11倍。
2023-09-12 cs.DC cs.PF quant-ph
Approximating under the Influence of Quantum Noise and Compute Power
Technical University of Applied Science Regensburg(雷根斯堡应用科学大学);Siemens AG, Technology(西门子股份公司技术部门)
本文研究了量子近似优化算法在量子噪声和计算能力影响下的近似问题,通过模拟分析不同变体对优化结果和性能的影响,提出自动化工具链设计方法。
2024-08-05 quant-ph
Bounds on approximating Max $k$XOR with quantum and classical local algorithms
我们考虑局部算法近似求解Max $k$ XOR的能力,这是之前使用经典和量子算法(MaxCut和Max E3 LIN 2)研究的两个约束满足问题的推广。在Max $k$ XOR中,每个约束都是$k$变量和奇偶校验位的XOR。在具有随机符号(奇偶校验)或每个变量没有重叠子句和$D+1$子句的情况下,我们计算Farhi等人[arXiv:1411.4028]的深度1 QAOA的预期满意分数,并与Hirvonen等人[arXiv:1402.2543]的局部阈值算法的推广进行比较。值得注意的是,量子算法优于$k > 4$的阈值算法。另一方面,我们强调了QAOA在这个问题上实现计算量子优势的潜在困难。我们首先通过数值计算平均场$k$ -自旋玻璃的基态能量密度$P(k)$来计算几乎所有大的随机规则Max $k$ XOR实例的最大满意分数的紧上限[arXiv:1606.02365]。上界随着$k$的增长比两种单局部算法的性能快得多。我们还确定了低深度量子线路(包括QAOA)的一个新的阻塞结果时,$k=3$,推广的结果Bravyi等人[arXiv:1910.08980]时,$k=2$。我们推测,一个类似的障碍存在于所有的$k$。
2022-06-30 cs.DS quant-ph
Systematic study on the dependence of the warm-start quantum approximate optimization algorithm on approximate solutions
本文系统研究 WS-QAOA 性能与经典近似解精度之间的关系,通过 MAX-CUT 数值实验表明更接近精确解的初始解可提升浅电路效果。
2022-09-07 quant-ph
Bayesian Optimization for QAOA
提出用贝叶斯优化替代经典子例程来优化QAOA量子电路参数,显著减少量子电路调用次数,并在低电路深度下对门级噪声具有鲁棒性,适用于含噪声中等规模量子设备。
2023-07-28 quant-ph
Landscape-Similarity-Guided Optimization in Divide-and-Conquer QAOA
Pukyong National University(釜庆国立大学);Indian Institute of Technology Kharagpur(印度理工学院卡拉格普尔分校);Hanyang University(汉阳大学)
本文通过定义景观重叠序参数揭示变分景观的普适性,提出DO-QAOA算法将冻结m个量子比特产生的指数级子实例压缩为常数个有效景观类,从而降低运行时间和量子测量开销。
2026-09-17 quant-ph
Auxiliary-qubit-free quantum approximate optimization algorithm for the minimum dominating set problem
State Key Laboratory of Networking and Switching Technology, Beijing University of Posts and Telecommunications(北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室);National Key Laboratory of Security Communication, Institute of Southwestern Communication(西南通信研究所信息安全通信国家级重点实验室)
本文提出一种无需辅助量子比特的QAOA算法,用于解决NP难的最小支配集问题,通过减少电路开销并优化实现,提升了近量子设备的可行性。
2026-03-16 quant-ph
The Quantum Approximate Optimization Algorithm and the Sherrington-Kirkpatrick Model at Infinite Size
量子近似优化算法(QAOA)是一种求解组合优化问题的通用算法,其性能只能随着$p$层数的增加而提高。虽然QAOA有望成为一种可以在近期量子计算机上运行的算法,但其计算能力尚未得到充分探索。在这项工作中,我们研究了应用于Sherrington-Kirkpatrick(SK)模型的QAOA,它可以被理解为具有全对全随机符号耦合的$n$自旋的能量最小化。Montanari最近提出了一种经典算法,假设一个被广泛相信的猜想,可以有效地找到SK模型的典型实例的近似解,其近似解在$(1-ε)$乘以基态能量之内。我们希望它的表现与QAOA相匹配。我们的主要结果是一种新的技术,使我们能够评估的典型实例能量的QAOA应用到SK模型。我们产生一个公式的预期值的能量,作为一个函数的$2p$ QAOA参数,在无限的大小限制,可以在计算机上评估与$O(16^p)$复杂性。我们评估的公式$p=12$,并发现QAOA在$p=11$优于标准的半定规划算法。此外,我们还展示了浓度:随着概率趋于1(如$n\to\infty$),QAOA的测量将产生能量集中在我们计算值的弦。作为在量子计算机上运行的算法,不需要逐个实例地搜索最佳参数,因为我们可以提前确定它们。我们在这里是一个新的框架,用于分析QAOA,我们的技术可以广泛的兴趣,更一般的问题,经典算法可能会失败,评估其性能。
2022-07-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech quant-ph
A comparison on constrain encoding methods for quantum approximate optimization algorithm
针对量子近似优化算法(QAOA)求解约束满足问题的需求,对比了三种线性约束编码策略,以背包问题为案例评估其效率与有效性,为不同场景的方法选型提供参考。
2024-10-05 math.OC quant-ph
Strategies for running the QAOA at hundreds of qubits
本文研究在数百量子比特规模上减少QAOA计算开销的策略,证明预选树参数在标准及热启动QAOA中均能接近最优性能,无需参数优化即可在低深度下获得与GW算法相当的优质解。
2024-10-03 quant-ph
Suppressing unwanted fluctuations in QAOA and approximate quantum annealing
量子近似优化算法(QAOA)的部分灵感来自数字化量子退火。基于这一灵感,我们开发了一些技术来使用通用门模型量子计算机的额外灵活性来减轻波动效应,这些波动效应已知会扭曲量子退火中的搜索空间并导致错误的最小值。我们发现,即使只是增加的能力,采取泡利X测量允许我们修改混合器的角度,以抵消这些影响的缩放混合器项的方式成比例的Fubini研究度量的对角元素。我们发现,在能量景观扭曲的情况下,减轻这些影响可以导致更高的成功概率,并且我们可以使用相同的泡利X测量来确定哪些变量可能容易受到强烈波动的影响。我们介绍的方法的效果是相关的,即使在相对较低的深度的$p=10-20$,这表明我们正在开发的技术可能是相关的,在短期内。此外,由于这些方法依赖于控制的自由度,这是不典型的修改QAOA,我们的方法将与广泛的其他QAOA的创新兼容。我们进一步验证了这些波动效应可以在IonQ Harmony QPU上观察到。
2022-12-01 quant-ph
Applying Grover-mixer quantum alternating operator ansatz algorithm to higher-order unconstrained binary optimization problems
National University of Science and Technology “MISIS”(国立科技大学“MISIS”)
本文研究Grover-mixer量子交替算子Ansatz (GM-QAOA) 在高阶无约束二元优化问题上的应用,通过数值实验证明其性能随电路深度单调提升,并提出了一个分析框架用于经典近似最优参数,从而减少优化开销。
2026-06-03 quant-ph
An Exclusive-Sum-of-Products Pipeline for QAOA
提出在 QAOA 中将约束预先编码为 ESOP 布尔表达式的流水线,并在最大独立集问题上验证其相较标准惩罚法可显著提升近似比。
2025-08-29 quant-ph
Quantum Approximate Optimization Algorithm applied to the binary perceptron
SISSA(国际高等研究学院);Universität Innsbruck(因斯布鲁克大学);Bocconi University(博科尼大学);International Centre for Theoretical Physics (ICTP)(国际理论物理中心);CNR-IOM, Consiglio Nazionale delle Ricerche - Istituto Officina dei Materiali(意大利国家研究委员会-材料研究所)
我们将数字化量子退火(QA)和量子近似优化算法(QAOA)应用于人工神经网络中监督学习的一个典型任务:二进制感知器的突触权重的优化。与通常的QAOA应用于MaxCut或量子自旋链基态制备不同,经典哈密顿量的特征在于高度非局域的多自旋相互作用。然而,我们提供了证据的QAOA参数,这是相同问题的典型实例之间转移的最佳光滑解决方案的存在,我们证明了数值上的QAOA比传统QA的增强性能。我们还调查了QAOA优化景观几何在这个问题中的作用,表明QA中遇到的间隙关闭过渡的不利影响也对我们实施QAOA的性能产生负面影响。
2021-12-19 cond-mat.dis-nn cs.LG quant-ph
Classical optimization with imaginary time block encoding on quantum computers: The MaxCut problem
本文提出了一种无需变分参数优化的ITE-BE方法,用于在量子计算机上解决MaxCut问题,并展示了其与QAOA结合的性能优势。
2025-09-04 cs.DS cs.ET math.OC
Biased Degenerate Ground-State Sampling of Small Ising Models with Converged QAOA
本研究通过数值模拟对比横场混合器QAOA与GM-QAOA的简并基态公平采样特性,发现横场混合器QAOA在部分问题中会出现基态采样有偏甚至指数抑制的现象,为QAOA的采样特性研究提供了实验依据。
2025-05-15 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech quant-ph
Fundamental Limitations of QAOA on Constrained Problems and a Route to Exponential Enhancement
Volkswagen AG(大众汽车);RWTH Aachen University(亚琛工业大学);Universität zu Köln(科隆大学)
研究通用QAOA在约束问题上的基本限制,通过约束嵌入实现指数级改进,并针对排列约束问题提出最小约束增强核(CE QAOA),证明其可行质量比随深度指数增长。
2026-10-15 cs.CC cs.CE cs.DM
For Fixed Control Parameters the Quantum Approximate Optimization Algorithm's Objective Function Value Concentrates for Typical Instances
量子近似优化算法(QAOA)使用浅深度量子线路来产生依赖于参数的状态。对于给定的组合优化问题实例,相关成本函数的量子期望是QAOA的参数相关目标函数。我们证明,如果参数是固定的,实例来自一个合理的分布,那么目标函数值集中在这个意义上,典型的实例有(几乎)相同的目标函数值。这不仅适用于最佳参数,因为整个景观是独立于实例的。我们可以证明这是正确的低深度量子线路的例子MaxCut的大3-正则图。我们的结果推广到这个例子之外。我们支持的参数与数值例子,显示出显着的浓度。对于更高的深度电路的数字也显示浓度,我们认为这使用大数定律。我们还通过仿真观察到,如果我们找到在比如10比特处导致良好性能的参数,则这些相同的参数在比如24比特处导致良好性能。这些发现提出了运行QAOA的方法,可以减少或消除外循环优化的使用,并可以让我们找到更少调用量子计算机的好解决方案。
2018-12-11 quant-ph
Quantum Approximate Optimization Algorithm with Fixed Number of Parameters
Universidad de Santiago de Chile (USACH)(智利圣地亚哥大学);CEDENNA(智利天体物理与粒子物理卓越中心);Kipu Quantum(基普量子)
FPC-QAOA通过固定参数数目的变分框架,在保持精度的同时实现更高效的量子优化。
2025-12-24 quant-ph
A Feasibility-Preserved Quantum Approximate Solver for the Capacitated Vehicle Routing Problem
针对QAOA求解CVRP时可行性不足的问题,提出新二进制编码与约束保持混合操作,在AOA框架下显著提升最优解测量概率。
2024-04-21 cs.DS quant-ph
Solving General QUBOs with Warm-Start QAOA via a Reduction to Max-Cut
本文研究如何将基于最大割SDP松弛的QAOA热启动方法通过标准归约推广到一般QUBO问题,并与直接QUBO松弛方法进行实验比较,发现最佳热启动策略取决于具体问题类型。
2025-09-22 cs.DM math.OC quant-ph
Counting with the quantum alternating operator ansatz
Université de Sherbrooke(舍布鲁克大学)
本文提出VQCount算法,利用量子交替算子假设解决计算困难的计数问题,通过减少样本数量提升近似计数效率,实验显示其在浅层电路下对两类#P难问题表现优异。
2026-04-14 cond-mat.stat-mech cs.DS quant-ph
Quantifying the efficiency of state preparation via quantum variational eigensolvers
近年来,利用低深度量子线路,如量子近似优化算法(QAOA),高效制备复杂量子态的研究引起了人们极大的兴趣。虽然它已被数值表明,这种算法准备量子自旋的某些相关态具有令人惊讶的准确性,量化QAOA的效率在一般类别的模型一直缺乏一个系统的方法。在这里,我们提出,QAOA在制备有序状态的成功与目标状态的相互作用距离有关,目标状态的相互作用距离测量该状态在单粒子模式的任意基础上与所有高斯态的流形有多接近。我们数值验证了几个例子的不可积的量子模型,包括伊辛模型与两个和三个自旋相互作用和集群模型在外场。我们的研究结果表明,纠缠谱的结构,见证了相互作用的距离,与成功的QAOA状态准备,这种相关性也包含有关模型中存在的不同阶段的信息。我们的结论是,QAOA通常会找到一个解决方案,最接近的自由费米子状态周围的扰动。
2021-02-11 cond-mat.str-el quant-ph
Syndrome decoding by quantum approximate optimization
本文利用QAOA并基于生成矩阵和校验矩阵设计奖励哈密顿量来解决NP完全的综合征解码问题,仿真表明其性能可媲美最大似然解码,并能识别退化量子码中的多个等价错误解。
2024-11-20 math.OC quant-ph
Effects of Quantum Noise on Quantum Approximate Optimization Algorithm
量子-经典混合算法是一种有望在NISQ器件中展示量子优势的算法。当运行这样的算法时,来自量子噪声的影响是不可避免的。在我们的工作中,我们考虑一个著名的混合算法,量子近似优化算法(QAOA)。我们研究了典型量子噪声信道对QAOA的影响,并给出了一些数值结果。我们的研究表明,从QAOA得到的输出状态保真度,成本函数,其梯度下降指数的门的数量和噪声强度。此外,我们还发现噪声只是对参数空间的扰动,并没有改变参数空间的结构,因此优化后的参数不会偏离理想值。我们的研究结果为NISQ设备上运行的混合算法的有效性提供了证据。
2019-12-09 quant-ph
Efficient QAOA Architecture for Solving Multi-Constrained Optimization Problems
Aqarios GmbH(Aqarios有限公司);LMU Munich, Institute for Computer Science(慕尼黑大学计算机研究所)
本文提出了一种高效的QAOA架构,通过直接编码约束到电路中,提升多约束优化问题的求解效率和质量。
2025-07-24 quant-ph
Parameter Transfer for Quantum Approximate Optimization of Weighted MaxCut
针对加权MaxCut问题中QAOA参数优化难、目标景观劣质局部最优多的问题,提出重缩放方案实现参数迁移,以极低开销获得接近穷举优化的近似比效果。
2023-02-10 quant-ph
Resource-efficient quantum approximate optimization algorithm via Bayesian optimization and maximum-probability evaluation
National Key Laboratory of Autonomous Intelligent Unmanned Systems, Shanghai Research Institute for Intelligent Autonomous Systems, Tongji University(同济大学智能无人系统全国重点实验室、上海智能无人驾驶系统研究所);College of Electronic and Information Engineering, Tongji University(同济大学电子与信息工程学院)
本文提出一种基于最大概率比特串的高效QAOA框架,结合贝叶斯优化和双标准自适应分配射线,实验表明在有限测量预算下,该方法能以更少的总射线达到与传统期望目标相当的离散解质量。
2026-04-08 quant-ph
Evaluating the performance of quantum processing units at large width and depth
本文提出基于LR-QAOA的基准测试协议,评估24台量子处理器在高达156量子比特和1万层深度下的性能,发现其能统一量化QPU随深度增加保持相干信号的能力,为跨平台量子计算性能追踪提供可扩展工具。
2025-05-28 quant-ph
Breaking QAOA's Fixed Target Hamiltonian Barrier: A Fully Connected Quantum Boltzmann Machine via Bilevel Optimization
School of Economics, Hunan University of Finance and Economics(湖南财经大学经济学院)
本文提出全连接量子玻尔兹曼机,通过双层优化架构改进传统QAOA电路,展示模型在单一层数下具有高测量精度,并在噪声环境下表现出强鲁棒性,同时在图像生成中也表现出稳定性。
2026-05-08 cond-mat.stat-mech cs.AI cs.ET
Recursive greedy initialization of the quantum approximate optimization algorithm with guaranteed improvement
针对QAOA随机初始化易陷入劣质局部极小值的问题,提出递归贪心初始化及过渡态解析构造,保证增加层数时最小能量下降,且性能媲美现有策略。
2023-06-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum Approximate Optimization Algorithm: Performance on Simulators and Quantum Hardware
本文在模拟器和真实量子硬件上测试QAOA,比较不同优化与错误缓解方法对噪声的响应,揭示运行混合量子算法的复杂性。
2025-10-08 cs.ET quant-ph
Quantum Approximate Optimisation Applied to Graph Similarity
本文提出一种新颖的量子优化仿真包,以图相似性为例研究QAOA的组件,通过边重叠编码节省量子内存,并展示了性能分析,为验证QAOA解决其他困难问题开创先例。
2024-12-23 cs.DC quant-ph
Imposing Constraints on Driver Hamiltonians and Mixing Operators: From Theory to Practical Implementation
Fujitsu Research of America(富士通美国研究所);Information Sciences Institute, University of Southern California(南加州大学信息科学研究所);Department of Computer Science, University of Southern California(南加州大学计算机系);Quantum Artificial Intelligence Laboratory (QuAIL), NASA Ames Research Center(NASA阿姆斯研究中心量子人工智能实验室(QuAIL));USRA Research Institute for Advanced Computer Science (RIACS)(美国大学空间研究协会先进计算机科学研究所(RIACS));Department of Electrical and Computer Engineering, University of Southern California(南加州大学电气与计算机工程系)
本文给出满足约束的哈密顿项和酉原语的代数表达式,证明一般情况下的NP完全性,但提供常数局域性算子的多项式算法,并应用于约束量子退火和量子交替算子ansatz构造,提出基于最大不相交子集的新QAOA方法,在1-in-3 SAT问题上显著优于X-mixer。
2026-10-16 quant-ph
Penalty-free quantum optimization applied to lattice protein folding
Lund University(隆德大学);Quantum Brilliance GmbH(量子卓越有限公司)
通过将晶格蛋白质折叠问题映射到冲突图的独立集,并采用最大独立集问题的QAOA混合器,实现了无二次惩罚项的量子优化,并通过经典模拟和启发式局部搜索成功折叠了长达N=14的晶格蛋白质。
2026-06-02 physics.bio-ph physics.comp-ph quant-ph
Twisted hybrid algorithms for combinatorial optimization
建议的混合算法编码的组合成本函数到一个问题的哈密顿量和优化其能量变化的一组状态与低电路的复杂性。经典处理通常仅用于梯度下降之后的变分参数的选择。因此,这些方法受到关联状态的描述能力的限制。我们认为,对于某些组合优化问题,这样的算法可以进一步杂交,从而利用高效的非局部经典处理的力量。具体来说,我们考虑结合量子变分的animals与贪婪的经典后处理程序的最大割问题的$3$ -正则图。我们表明,通过这种方法产生的平均切割尺寸可以量化的能量的修改后的问题哈密尔顿。这促使考虑一种改进的算法,变分优化的能量的修改后的哈密尔顿。我们称之为扭曲的混合算法,因为额外的经典处理步骤与不同的变分参数的选择相结合。我们使用量子近似优化算法(QAOA)证明了这种方法的可行性,给出了扭曲QAOA所达到的预期近似比的解析下界。这些表明,必要的非局域性的量子分析可以减少相比,原来的QAOA:我们发现,$p=2,\ldots, 6$的水平,$p$可以减少一个,而大致保持预期的近似比。这将电路深度减少了$4$,并将变分参数的数量减少了$2$。
2022-03-01 quant-ph
Quantum-Classical Computational Molecular Design of Deuterated High-Efficiency OLED Emitters
提出量子-经典混合框架,结合经典量子化学、因子分解机与VQE/QAOA优化氘代Alq₃发射体,实现高精度QE预测,并在量子设备上以0.97概率识别最优可合成分子。
2021-10-28 physics.app-ph quant-ph
From Near to Eternity: Spin-glass planting, tiling puzzles, and constraint satisfaction problems
我们提出了一种方法,用于生成伊辛哈密顿的可调复杂性和先验已知的基态的基础上分解成边缘不相交的子图的模型图。这个想法说明了一个自旋玻璃模型定义的立方晶格,其中的子问题,其耦合器被限制为两个值{-1,+1},被指定在单位立方体和参数化的本地退化。该结构被证明是相当于一种类型的三维约束满足问题,称为平铺难题。通过改变子问题类型的比例,哈密顿量可以跨越一个戏剧性的典型计算复杂性的范围,从相当容易到比三维空间中的原型双峰和高斯自旋玻璃更困难的许多数量级。我们证实了这种行为,通过实验与不同的算法,并讨论不同类型的图形的推广和扩展。
2018-04-15 cond-mat.dis-nn physics.comp-ph quant-ph
Compressed space quantum approximate optimization algorithm for constrained combinatorial optimization
本文提出压缩空间QAOA,通过可扩展的酉变换将可行解空间映射到更少量子比特,在缩减空间内优化,有效处理各类约束组合优化问题,并在量子模拟器上验证了有效性。
2025-08-04 quant-ph
Quantum optimization with linear Ising penalty functions for customer data science
本研究提出用线性Ising惩罚函数替代二次惩罚实现量子优化约束,在客户数据科学问题中通过理论和数值模拟证明其性能更优,并针对其局限性提出混合惩罚方案。
2024-12-16 quant-ph
Quantum Optimization Heuristics with an Application to Knapsack Problems
本文介绍了两种技术,使标准的量子近似优化算法(QAOA)更适合于约束优化问题。第一种技术描述了如何使用先前贪婪经典算法的结果来定义初始量子态和混合操作以调整量子优化算法来探索围绕该初始贪婪解的可能答案。第二种技术用于推动量子探索,以避免贪婪解周围的局部极小值。为了分析这两种技术的好处,我们使用单位深度的量子线路在背包问题的已知困难实例上运行量子算法。结果表明,调整后的量子优化算法通常比各种经典算法表现得更好。
2022-02-03 quant-ph
Exponential Complexity of the Quantum Adiabatic Algorithm for certain Satisfiability Problems
我们确定了几个约束满足问题的复杂性,使用量子绝热算法在其最简单的实现。我们这样做,通过研究的间隙的大小依赖于第一激发态的“典型”的情况。我们发现,在大尺寸N下,我们研究的所有模型的复杂性都呈指数级增长。我们还比较了我们的结果对类似的经典算法WalkSAT的复杂性,并表明,困难的问题是经典算法的困难,它也是量子绝热算法。
2011-12-29 cond-mat.stat-mech cs.CC quant-ph
Improved approximation algorithms for bounded-degree local Hamiltonians
我们考虑的任务,近似的基态能量的两个本地量子哈密顿量的有界度图。大多数现有的算法优化的产品状态的集合上的能量。在这里,我们描述了一个家庭的浅量子线路,可以用来提高由一个给定的产品状态实现的近似比。该算法将具有平均能量PDMATHABM 0和方差$\mathrm{Var}=\langle v|(H-e_0)^2|v\rangle$的$n$ -量子比特乘积状态$|v\rangle$作为输入,并且输出具有比$e_0$低与$\mathrm{Var}^2/n$成比例的量的能量的状态。在典型的情况下,我们有$\mathrm{Var}=Ω(n)$,并且能量改善与图中的边的数量成比例。当应用到一个初始的随机产品状态,我们恢复和推广的性能保证已知算法的有界发生的经典约束满足问题。我们将结果推广到$k$ -局域哈密顿量和纠缠初态。
2021-05-03 cs.CC cs.DS quant-ph
A Quantum Approximate Optimization Algorithm Applied to a Bounded Occurrence Constraint Problem
我们应用我们最近的量子近似优化算法的组合问题的有界发生最大E3 LIN 2。输入是一组线性方程组,每个方程组恰好包含三个布尔变量,每个方程表示变量mod 2的和为0或1。每个变量都在不超过D个方程中。一个随机字符串将满足1/2的方程。我们表明,一级QAOA将有效地产生一个字符串,满足$\left(\frac{1}{2} + \frac{1}{101 D^{1/2}\, l n\, D}\right)$倍的方程。一个最近的经典算法实现了$\left(\frac{1}{2} + \frac{constant}{D^{1/2}}\right)$。我们还表明,在典型的情况下,量子计算机将输出一个字符串,满足$\left(\frac{1}{2}+ \frac{1}{2\sqrt{3e}\, D^{1/2}}\right)$倍的方程。
2015-06-25 quant-ph
BILP-Q: Quantum Coalition Structure Generation
University of Saarland(萨尔兰大学);German Research Center for Artificial Intelligence (DFKI)(德国人工智能研究中心(DFKI))
量子AI是利用量子计算解决AI中典型复杂问题的新兴领域。在这项工作中,我们提出了BILP-Q,这是有史以来第一个解决联盟结构生成问题(CSGP)的通用量子方法,这是一个NP难的问题。特别地,我们根据二次二进制组合优化(QUBO)问题重新制定CSGP,以利用现有的量子算法(例如,QAOA),以获得最佳的联盟结构。因此,我们在时间复杂度方面进行了比较分析,建议的量子方法和最流行的经典基线。此外,我们认为标准的基准分布联盟值测试BILP-Q的小规模实验使用IBM Qiskit环境。最后,由于QUBO问题可以通过量子退火来解决,我们使用真实的量子退火器(D-Wave)在中等大小的问题上运行BILP-Q。
2022-04-28 cs.AI cs.MA quant-ph
Enumeration algorithms for combinatorial problems using Ising machines: When should we stop exploring energy landscapes?
本文提出基于伊辛机采样的组合问题枚举算法,利用概率论推导停止准则并给出失败概率上界保证,在最大团枚举实验中比传统分支定界法更快。
2025-11-07 cs.DS quant-ph
Encoding Matters: Benchmarking Binary and D-ary Representations for Quantum Combinatorial Optimization
School of Computing and Information Systems, the University of Melbourne(墨尔本大学计算与信息学院);CSIRO Clayton(CSIRO克莱顿研究中心)
本研究提出QUDO作为量子组合优化的替代方法,通过直接编码决策变量在高维希尔伯特空间中,实现了结构约束的自然捕捉,并在近似比和计算开销上优于二进制QUBO。
2026-02-07 quant-ph
Solving Segment Display Problems Using Quantum Grover's Search Algorithm
Capital Normal University(首都师范大学);Portland State University(波特兰州立大学)
本文提出了一种基于量子Grover算法的段显示问题求解方法,利用二进制可逆电路和Stesso算子构建量子 oracle,并通过实验验证其在匹配火柴问题中的有效性。
2025-12-23 quant-ph
Paint shop vehicle sequencing based on quantum computing considering color changeover and painting quality
随着客户需求的日益多样化,汽车公司提供的车辆颜色和款式也大幅增长。这对汽车制造系统的设计和管理提出了很大的挑战,其中之一就是在喷漆车间的日常操作中对车辆进行适当的排序。由于一次轮班通常有数百辆车,油漆车间的排序问题在经典计算中是难以解决的。在本文中,我们提出了解决一个一般的油漆车间排序问题,使用最先进的量子计算算法。大多数现有的工作仅仅集中在降低颜色转换成本,即,连续车辆之间不同颜色所产生的成本。这项工作表明,不同的车辆排序也显着影响喷漆过程的质量性能。我们使用在历史数据上预训练的机器学习模型来预测油漆缺陷的概率。该问题被公式化为具有两个成本分量的组合优化问题,即,颜色转换成本和维修成本。该问题进一步转化为量子优化问题,并采用量子近似优化算法(QAOA)进行求解。事实上,目前的量子计算机在精度和可扩展性方面仍然有限。然而,通过一个简化的案例研究,我们展示了如何使用量子计算来制定和解决油漆车间中的经典排序问题,并展示了量子计算在解决制造系统中的实际问题方面的潜力。
2022-06-22 cs.SY eess.SY quant-ph
Benchmarking Lie-Algebraic Pretraining and Non-Variational QWOA for the MaxCut Problem
The University of Western Australia(西澳大学)
本文通过对比Lie-代数预训练和非变分QWOA在MaxCut问题上的表现,证明后者在参数空间小的情况下能更高效地找到近优解。
2025-12-28 quant-ph