量子物理
[提交于 2025年8月24日
(v1)
,最后修订 2025年8月27日 (此版本, v2)]
标题: 变分量子本征求解器的分布式实现以解决QUBO问题
标题: Distributed Implementation of Variational Quantum Eigensolver to Solve QUBO Problems
摘要: 我们提出了一种变分量子本征求解器(VQE)的分布式算法和实现,称为分布式VQE(DVQE)。 DVQE作为一个开源的Python包提供,能够在分布式方式下在多个逻辑量子处理单元(QPUs)上执行参数化量子电路。 这种方法解决了近期量子设备的关键硬件限制,包括有限的量子比特数量和有限的电路深度。 构建了分布式ansatz电路,以保持其单片对应物的量子态保真度,从而在分散计算负载的同时保持一致的能量估计。 为了提高DVQE ansatz电路变分参数优化循环的收敛性和鲁棒性,我们结合使用ADAM优化器和元启发式初始化策略,这些策略在各种测试案例中均优于随机初始化。 完整的DVQE流程被实现为一个模块化的Python包,接受QUBO问题作为输入,并支持单片和分布式执行模式。 该框架利用 Qiskit来构建和模拟分布式电路,并包含一个内部的贪心算法,用于在多个QPUs之间自动分配量子比特。 在QUBO基准上的仿真结果证实了该方法的正确性,为真实QPU的部署以及分布式量子优化的进一步探索铺平了道路。 \textbf{模拟器在\href{https://github.com/LSU-RAISE-LAB/DVQE.git}{GitHub}上公开可用,包名为 raiselab,包含一系列教程示例。}
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