通过QAOA采样提升图分解中的稀疏性

该研究团队致力于解决将图分解为少量图匹配加权和的问题。该问题出现在点对点能源交换等网络资源分配场景中,即便对于小型实例,现有经典算法仍难以有效求解。为此,研究人员提出了一种基于完全修正弗兰克-沃尔夫算法(FCFW)的量子-经典混合算法E-FCFW。该工作创新性地在FCFW中引入可通过经典或量子方式实现的匹配采样子程序,并详细阐述了如何利用量子近似优化算法(QAOA)设计此类子程序,以近似求解离散约束优化问题并获得解的多样性。实验在完全图、二分图和heavy-hex图上进行基准测试,使用Qiskit Aer状态向量模拟器(9-25量子比特)、Qiskit Aer矩阵乘积态模拟器(52-76量子比特)及IBM Kingston量子处理器(52-111量子比特)验证了该算法在实用规模量子硬件上的表现。结果表明:对于小型完全图和二分图,结合QAOA的E-FCFW所产生的分解结果(均值和中位数)始终比其他方法(随机采样与模拟退火)更为稀疏;对于50和70节点的large heavy-hex图,该方法在近似误差指标上也优于对照组。这些发现为量子子程序在经典算法中的应用展现了广阔前景。

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