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量子物理

arXiv:2504.01694 (quant-ph)
[提交于 2025年4月2日 ]

标题: 量子近似优化算法的迭代插值调度

标题: Iterative Interpolation Schedules for Quantum Approximate Optimization Algorithm

Authors:Anuj Apte, Shree Hari Sureshbabu, Ruslan Shaydulin, Sami Boulebnane, Zichang He, Dylan Herman, James Sud, Marco Pistoia
摘要: 量子近似优化算法(QAOA)是一种有前景的量子优化启发式方法,并且对于某些问题具有优于经典前沿算法的实证加速效果。 QAOA 使用一个带有 $p$ 层的参数化电路来解决优化问题,更高的 $p$ 会导致更好的解决方案。 现有方法需要优化 $2p$ 个独立参数,这对较大的 $p$ 来说是一项挑战。 在这项工作中,我们提出了一种迭代插值方法,通过使用正交函数基表示最优参数调度来利用其平滑性,推广了 Zhou 等人的工作。 通过优化少量基系数,并迭代增加电路深度和系数数量直到收敛,我们的方法能够为大型 $p$ 构建高质量的调度方案。 我们在三个问题上展示了我们的方法:Sherrington-Kirkpatrick (SK) 模型、投资组合优化以及低自相关二进制序列 (LABS),其性能优于当前方法所需的更少的优化步骤。 对于最大的 LABS 实例,我们通过超过 1000 层的调度实现了接近最优的品质因数,这比以前的方法高出一个数量级。 作为我们技术的应用,我们观察到 QAOA 的深度增长较为温和即可精确解决 SK 模型,这是一个独立有趣的成果。
摘要: Quantum Approximate Optimization Algorithm (QAOA) is a promising quantum optimization heuristic with empirical evidence of speedup over classical state-of-the-art for some problems. QAOA solves optimization problems using a parameterized circuit with $p$ layers, with higher $p$ leading to better solutions. Existing methods require optimizing $2p$ independent parameters which is challenging for large $p$. In this work, we present an iterative interpolation method that exploits the smoothness of optimal parameter schedules by expressing them in a basis of orthogonal functions, generalizing Zhou et al. By optimizing a small number of basis coefficients and iteratively increasing both circuit depth and the number of coefficients until convergence, our approach enables construction of high-quality schedules for large $p$. We demonstrate our method achieves better performance with fewer optimization steps than current approaches on three problems: the Sherrington-Kirkpatrick (SK) model, portfolio optimization, and Low Autocorrelation Binary Sequences (LABS). For the largest LABS instance, we achieve near-optimal merit factors with schedules exceeding 1000 layers, an order of magnitude beyond previous methods. As an application of our technique, we observe a mild growth of QAOA depth sufficient to solve SK model exactly, a result of independent interest.
评论: 11页,7幅图
主题: 量子物理 (quant-ph) ; 新兴技术 (cs.ET)
引用方式: arXiv:2504.01694 [quant-ph]
  (或者 arXiv:2504.01694v1 [quant-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2504.01694
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Shree Hari Sureshbabu [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 4 月 2 日 12:53:21 UTC (545 KB)
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