量子物理
[提交于 2025年2月28日
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标题: 具有多量子比特的分布式变分量子优化算法挑战
标题: Distributed Variational Quantum Algorithm with Many-qubit for Optimization Challenges
摘要: 优化问题在各个领域都至关重要,然而现有的量子算法尽管潜力巨大,但由于过度依赖纠缠,在可扩展性和准确性方面仍面临挑战。 为了解决这些局限性,我们提出了变分量子优化算法(VQOA),该算法利用了基于量子叠加的变分形式中的多量子比特(MQ)操作,完全避免了纠缠的使用。 这种变分形式显著降低了电路复杂度,增强了抗噪能力,缓解了“荒芜高原”问题,并使高度复杂的大型优化问题能够高效分解。 此外,我们引入了分布式变分量子优化算法(DVQOA),它结合高性能计算与量子计算,以实现多量子比特系统和经典节点上的卓越性能。 这些特性使得材料优化任务(例如超材料设计)得到了显著加速,相比最先进的优化算法,速度提升了超过 50 倍$\times$。 此外,DVQOA 高效解决了量子化学问题以及涉及高阶相互作用的$\textit{N}$元$(N \geq 2)$优化问题。 这些优势确立了 DVQOA 作为解决实际问题的高度有前景且多功能的求解器,展示了量子-经典方法的实际实用性。
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