無限大での量子近似最適化アルゴリズムとシェリントン-カークパトリックモデル

ソースノード: 1595785

エドワード・ファーリ1,2、ジェフリーゴールドストーン2、Sam Gutmann、およびLeo Zhou1,3

1Google Inc.、ベニス、カリフォルニア州90291、米国
2Center for Theoretical Physics、Massachusetts Institute of Technology、Cambridge、MA 02139、USA
3ハーバード大学物理学科、ケンブリッジ、MA 02138、アメリカ

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抽象

量子近似最適化アルゴリズム(QAOA)は、組み合わせ最適化問題のための汎用アルゴリズムであり、そのパフォーマンスは層の数$p$でのみ向上します。 QAOAは、短期間の量子コンピューターで実行できるアルゴリズムとして有望ですが、その計算能力は十分に検討されていません。 この作業では、Sherrington-Kirkpatrick(SK)モデルに適用されたQAOAを研究します。これは、すべてからすべてへのランダムな符号付き結合による$n$スピンのエネルギー最小化として理解できます。 広く信じられている推測を仮定すると、基底状態エネルギーの$(1-epsilon)$倍以内で、SKモデルの典型的なインスタンスの近似解を効率的に見つけることができるMontanariによる最近の古典的なアルゴリズムがあります。 そのパフォーマンスをQAOAと一致させたいと考えています。

私たちの主な結果は、SKモデルに適用されたQAOAの典型的なインスタンスエネルギーを評価することを可能にする新しい技術です。 $ O(2 ^ p)$の複雑さのコンピューターで評価できる無限のサイズ制限で、$ 16p$QAOAパラメーターの関数としてエネルギーの期待値の式を作成します。 $ p = 12 $までの式を評価し、$ p =11$でのQAOAが標準の半正定値計画アルゴリズムよりも優れていることを確認します。 さらに、集中度を示します。確率が$ ntoinfty $になる傾向があるため、QAOAの測定により、エネルギーが計算値に集中する文字列が生成されます。 量子コンピューター上で実行されるアルゴリズムとして、事前に決定できるため、インスタンスごとに最適なパラメーターを検索する必要はありません。 ここにあるのは、QAOAを分析するための新しいフレームワークであり、従来のアルゴリズムが失敗する可能性があるより一般的な問題でのパフォーマンスを評価するために、私たちの手法は広く興味深いものになる可能性があります。

[埋め込まれたコンテンツ]

この作業では、スピングラスの有名なシェリントン-カークパトリック(SK)モデルに適用された、QAOAと呼ばれる組み合わせ最適化のための汎用量子アルゴリズムのパフォーマンスを研究します。 これは、すべてからすべてのランダムに結合されたスピンのエネルギー最小化の問題です。 著者は、アルゴリズムパラメータの関数として、無限のシステムサイズの限界でQAOAによって達成されるエネルギーの期待値を計算するための式を作成します。 彼らはまた、問題のランダムなインスタンスの典型的な測定値がこの値に集中することを証明しています。 これらの結果により、最先端の古典的なアルゴリズムとの比較が可能になります。 特に、著者は、11層のQAOAが、この問題に関する標準の半正定値計画アルゴリズムよりも優れていることを発見しました。 QAOAのパフォーマンススケーリングが、Montanariによって現在知られている最も優れた古典的なアルゴリズムとどのように比較されるかは未解決の問題です。

►BibTeXデータ

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