资源可扩展的完全量子Metropolis-Hastings算法在整数线性规划中的应用

整数线性规划(ILP)因其NP完全特性,尽管在调度、物流和设计优化中占据核心地位,仍面临巨大计算挑战。该研究团队提出了一种完全量子化的Metropolis-Hastings算法,仅通过可逆量子电路在离散可行域上实现相干随机游走,无需量子随机存取存储器假设或经典预处理/后处理。每个游走步骤均为幺正更新操作:相干候选移动的制备、目标函数与约束条件的可逆评估(包括强制可行性的约束满足计数器),以及通过低开销线性化规则编码Metropolis接受概率。在逻辑层面,该架构使用𝒪(n log₂N)量子比特表示区间[-N, N-1]内的n个整数变量,每步Metropolis操作的托弗利门等效成本与逻辑量子比特总数呈线性增长。基于显式纹波进位加法器结构,该工作支持线性目标函数及混合等式/不等式约束。针对大规模随机生成实例的电路级数值模拟验证了预测的线性资源扩展规律,并显示出在退火调度下向低成本可行解的渐进热化趋势。该方案为完全量子约束规划提供了具有资源量化特征的相干基准框架,并为组合优化中整合其他量子加速效应奠定了基础。

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提交arXiv: 2026-02-11 19:01

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