混合量子邻域选择:基于随机前沿分解的NISQ兼容组合优化
大规模组合优化对近期量子计算构成挑战,因为稠密二次无约束二元优化(QUBO)公式产生的交互图超出了NISQ处理器的限制。本文提出了混合量子邻域选择(HQNS),这是一种通过随机前沿分解缓解该问题的混合框架。HQNS并非将所有N个变量编码到单一电路中,而是每阶段选择一个包含F << N个活跃变量的紧凑前沿,将剩余变量冻结为简化的QUBO系数。一种多阶段爬行过程会轮换这些前沿,使得局部量子子问题能够优化全局解。研究团队在最大多样性子集选择问题(MDSSP)上评估了HQNS,涵盖六种规模,N最大为1000。电路负担从密集QAOA所需的每层O(N²)双量子比特项降低至每阶段O(F²),总复杂度由阶段数和经典开销决定。基准测试表明,HQNS在保持有限电路宽度和稳定QPU时间的同时,实现了与并行模拟退火(SA)相当的解质量。在N=1000的十次执行基准测试中,HQNS保留了11次重启并行SA基线平均多样性得分的99.9908%,同时将墙钟时间减少65.03%,峰值CPU使用率减少55.97%,峰值内存减少35.21%。消融实验表明,性能取决于前沿大小、热启动、CVaR过滤和随机旋转。这些结果表明,结构化的前沿分解使得变分优化能够对当前硬件上不适合直接QAOA的稠密QUBO实例执行。
量科快讯
2 天前
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