量子退火机上QUBO编码的热力学意义

二次无约束二进制优化(QUBO)是量子退火机的标准接口,但单个约束任务允许多种QUBO编码方式,其惩罚项选择会重塑硬件所经历的能量格局。该研究团队通过双参数编码族(由惩罚权重p_sum(独热/求和约束)和p_pair(优先约束)控制)对作业车间调度案例进行研究。在扫描(p_sum, p_pair)参数空间时,研究人员观察到经典退火启发式算法及D-Wave Advantage处理器上可行性与求解成功率均存在急剧转变。 超越解概率层面,该工作将退火机视为开放热力学系统,从热样本出发进行循环反向退火实验,测量处理器能量的随机变化。通过热力学不确定性关系,研究人员从能量变化的前两阶矩推断出熵产、功和交换热量的下限,并利用绝热主方程模拟验证观测趋势。研究发现:支配计算难度的编码转变同时重组了耗散结构——弱惩罚项会产生低能不可行流形,而过强惩罚项会压制有效问题能量尺度并增加不可逆性,从而降低热力学效率。该成果确立了QUBO惩罚项作为热力学调控旋钮的作用,为噪声中等规模量子退火机提供了热力学感知的编码策略。
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提交arXiv: 2026-01-07 21:18

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