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ウォームスタート量子最適化

日付:


ダニエル・J・エッガー1, ヤクブ・マレチェク2, ステファン・ワーナー1

1IBM Quantum、IBM Research –チューリッヒ、Säumerstrasse4、8803Rüschlikon、スイス
2チェコ工科大学、カルロヴォナム。 13、プラハ2、チェコ共和国

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抽象

整数計画法と組み合わせ最適化の問題に対する量子アルゴリズムへの関心が高まっています。 このような問題の古典的なソルバーは、たとえば高次元の行列値問題(半正定値計画法)の形で、バイナリ変数を連続変数に置き換える緩和を採用しています。 ユニークゲーム予想の下では、これらの緩和は、多項式時間で古典的に利用可能な最高のパフォーマンス比を提供することがよくあります。 ここでは、組み合わせ最適化問題の緩和の解に対応する初期状態で量子最適化をウォームスタートする方法と、関連する量子アルゴリズムの特性を分析する方法について説明します。 特に、これにより、量子アルゴリズムは従来のアルゴリズムのパフォーマンス保証を継承できます。 ポートフォリオ最適化のコンテキストでこれを説明します。この結果は、量子近似最適化アルゴリズム(QAOA)のウォームスタートが低深度で特に有益であることを示しています。 同様に、MAXCUT問題の再帰的QAOAは、Goemans-Williamsonランダム化丸めがウォームスタートで使用される場合、ランダムな重みを持つ完全に接続されたグラフに対して取得されたカットのサイズの体系的な増加を示します。 同じアイデアを他のランダム化された丸めスキームや最適化問題に適用するのは簡単です。

バイナリ決定変数の多くの最適化問題は解決が困難です。 この作業では、古典的な最適化アルゴリズムの数十年にわたる研究を活用して、量子最適化アルゴリズムをウォームスタートする方法を示します。 これにより、量子アルゴリズムは、ウォームスタートで使用される従来のアルゴリズムからパフォーマンス保証を継承できます。

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