受最佳状态转移启发的组合优化的快速量子方法

受最佳状态转移启发的组合优化的快速量子方法

罗伯特·J·班克斯1, 丹·E·布朗2和 PA 沃伯顿1,3

1伦敦纳米技术中心,伦敦大学学院,伦敦 WC1H 0AH,英国
2伦敦大学学院物理与天文学系,伦敦 WC1E 6BT,英国
3电子电气工程系,伦敦大学学院,伦敦 WC1E 7JE,英国

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抽象

受最佳状态转移哈密顿量的启发,我们提出了一种新的设计启发式来解决组合优化问题。结果是快速近似优化算法。我们提供了这种新设计启发式成功的数字证据。我们发现,对于所考虑的大多数问题实例,这种方法在最低深度上比量子近似优化算法具有更好的近似率,同时利用了可比较的资源。这为研究解决组合优化问题的新方法(与绝热影响的方法不同)打开了大门。

组合优化问题很难解决。例如购买股票以最大限度地降低风险回报率,或寻找两个目的地之间的最短路线。解决这些问题的量子算法将系统从某种起始状态带到包含有关解决方案的信息的最终状态。在这项工作中,我们设计了一种新的量子方法,其灵感来自于寻找这两种状态之间的最短路径。其结果是算法能够以非常短的运行时间找到优化问题的近似解。

用于解决组合优化问题的量子算法通常受到绝热原理的影响。简而言之,通过足够慢的速度,可以从起始状态到达最终状态。这可能会导致算法的运行时间较长。

为了评估新方法的性能,我们检查了它在 MAX-CUT 上的性能。我们还将我们的新方法与流行的量子近似优化算法(QAOA)在利用类似资源的机制中进行了比较。我们的新方法不仅找到了质量更好的解决方案,而且在更短的时间内以更少的经典计算开销找到了它们。

我们的工作为探索组合优化问题的量子算法设计打开了大门,远离绝热原理。将来,这种新方法可能会与绝热方法相结合,开发更复杂的量子算法。

►BibTeX数据

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被引用

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