基于图约束信任域的高效查询量子近似优化

在量子近似优化算法(QAOA)的低深度实现中,主要成本通常来自目标函数评估次数而非电路深度。该研究提出了一种基于图条件信任区域的方法来降低这一查询成本。通过图神经网络预测QAOA角度的高斯分布N(μ,Σ),其均值用于初始化局部优化器,协方差矩阵定义约束搜索的椭圆信任区域,预测不确定性则决定实例相关评估预算。因此,学习到的分布不仅提供初始参数估计,更定义了完整的搜索策略。 在明确假设局部平滑性、曲率、校准和噪声条件下,研究人员推导出信任区域内目标函数退化边界、梯度方差下界、去极化噪声下预期目标排序保持性以及有限样本覆盖保证。该方法在8-16个顶点的Erdos-Renyi图、3-正则图、Barabasi-Albert图和Watts-Strogatz图上进行p=2深度的MaxCut问题评估。相较于随机重启和最强的学习点预测基线方法,该方法将平均电路评估次数从343次和85次降至45±7次,同时保持采样近似比与基于浓度的启发式方法相差不超过3个百分点。 该方法虽未提升绝对近似比,其优势在于保持解质量的同时降低查询成本。实验显示预测不确定性校准良好(ECE=0.052,Spearman相关系数ρ=0.770),且学习到的信任区域可迁移至训练未见的图规模。结果表明在低深度、查询主导的场景中,图条件信任区域能在不修改ansatz结构的前提下有效降低QAOA的查询成本。
作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-04-27 03:48
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