使用核PCA对Max-Cut问题的QAOA参数空间进行降维

量子近似优化算法(QAOA)是一种领先的变分算法,适用于近期量子设备上的组合优化问题。随着电路深度的增加,优化参数的数量也随之增长,使得搜索曲面变得越来越非线性且难以优化。先前的研究表明,最优的QAOA参数通常位于一个低维流形上,该流形在浅层电路深度下可通过主成分分析(PCA)进行近似。然而,在更深层的电路中,由于底层参数流形变得愈发非线性,PCA的有效性会下降。在本工作中,研究人员探究了核主成分分析(KPCA)结合径向基函数核,作为一种非线性降维技术用于QAOA参数优化。该模型使用分别来自三个图族(即Erdos-Renyi、Barabasi-Albert和Watts-Strogatz)各200个图进行训练,图的大小从7个节点到10个节点不等。性能评估在包含12个节点的30个测试图上进行,电路深度分别为1、2、4和8。实验结果表明,在所有图族中,KPCA在更深电路深度上始终优于PCA。在深度为8时,KPCA的近似比超过0.86,而PCA则下降至约0.81到0.83。与无限制的QAOA优化相比,这两种方法均将量子电路评估次数减少了超过93%。这些发现表明,非线性核方法能够更有效地捕捉QAOA参数流形的结构,并为将变分量子优化扩展到更深层电路提供了一种实用的方法。
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提交arXiv: 2026-06-17 02:06

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