截断二进制编码:面向量子硬件的组合优化问题谱阶降低方法
精确二进制编码将离散代价函数网络(CFN)编译成一个高阶无约束二元优化(HUBO)问题,其最大单项式次数随底层CFN变量基数增大而增长。鉴于量子优化硬件通常偏好二次无约束二元优化或低阶HUBO哈密顿量,高基数CFN因此会以电路深度或辅助量子比特(当采用降阶技术时)的形式引入显著开销。为缓解这些问题,本文提出截断二进制编码(TBE):一种对精确二进制编码的改进,其中超过选定截止值 \(k_\text{max}\) 的伊辛基单项式被从编码代价中移除。本文建立了关于截断误差的紧致 \(L^\infty\) 界(以省略的耦合项表示),推导了关于能隙和单比特翻转盆地势垒的充分条件,在这些条件下TBE能保持全局最小值及其局部极小结构,并刻画了谱分布上的噪声基底条件,在此条件下截断残差作为对底层能量景观的微扰修正起作用。随后,本文将编码系数直接表示为底层CFN代价表的沃尔什变换,并证明了一个界:每个代价表的平滑性意味着其高阶沃尔什质量的快速衰减。这些结果共同为选择 \(k_\text{max}\) 以及判断给定CFN是否允许小 \(k_\text{max}\) 的TBE提供了基于原理的先验准则。

