論文の概要: Multi-sequence alignment using the Quantum Approximate Optimization Algorithm

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2308.12103v1
• Date: Wed, 23 Aug 2023 12:46:24 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-08-24 14:19:03.855015
• Title: Multi-sequence alignment using the Quantum Approximate Optimization Algorithm
• Title（参考訳）: 量子近似最適化アルゴリズムを用いたマルチシーケンスアライメント
• Authors: Sebastian Yde Madsen, Frederik Kofoed Marqversen, Stig Elkj{\ae}r Rasmussen and Nikolaj Thomas Zinner
• Abstract要約: 本稿では、変分量子近似最適化アルゴリズム(QAOA)を用いた多重系列アライメント問題のハミルトニアン定式化と実装について述べる。 我々は、量子シミュレーターと実際の量子コンピュータ上での性能の両方において、我々のQAOA-MSAアルゴリズムの小さな例を考える。 調査されたMSAのインスタンスに対する理想的な解決策は、浅いp5量子回路でサンプリングされた最も可能性の高い状態であることが示されているが、現在のデバイスにおけるノイズのレベルは依然として深刻な課題である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The task of Multiple Sequence Alignment (MSA) is a constrained combinatorial optimization problem that is generally considered a complex computational problem. In this paper, we first present a binary encoding of MSA and devise a corresponding soft-constrained cost-function that enables a Hamiltonian formulation and implementation of the MSA problem with the variational Quantum Approximate Optimization Algorithm (QAOA). Through theoretical analysis, a bound on the ratio of the number of feasible states to the size of the Hilbert space is determined. Furthermore, we consider a small instance of our QAOA-MSA algorithm in both a quantum simulator and its performance on an actual quantum computer. While the ideal solution to the instance of MSA investigated is shown to be the most probable state sampled for a shallow p<5 quantum circuit in the simulation, the level of noise in current devices is still a formidable challenge for the kind of MSA-QAOA algorithm developed here. In turn, we are not able to distinguish the feasible solutions from other states in the quantum hardware output data at this point. This indicates a need for further investigation into both the strategy utilized for compiling the quantum circuit, but also the possibility of devising a more compact ansatz, as one might achieve through constraint-preserving mixers for QAOA.
• Abstract（参考訳）: 多重シーケンスアライメント(Multiple Sequence Alignment、MSA)は、一般に複雑な計算問題と考えられる制約付き組合せ最適化問題である。 本稿では,まず,msaの2進符号化を行い,可変量子近似最適化アルゴリズム(qaoa)を用いてmsa問題のハミルトン的定式化と実装を可能にする,ソフト制約付きコスト関数を考案する。 理論的解析を通じて、ヒルベルト空間の大きさに対する実現可能な状態の数の比の有界性を決定する。 さらに、量子シミュレータにおけるqaoa-msaアルゴリズムの小さな例と実際の量子コンピュータ上での性能について考察する。 シミュレーションにおいて、浅いp<5量子回路でサンプルされた最も可能性の高いmsaのインスタンスに対する理想的な解が示されているが、現在のデバイスにおけるノイズレベルは、ここで開発されたmsa-qaoaアルゴリズムの種類にとって依然として大きな課題である。 したがって、この時点では、量子ハードウェア出力データ内の他の状態と実現可能な解を区別することはできない。 これは、量子回路のコンパイルに使用される戦略と、QAOAの制約保存ミキサーによって達成されるようなよりコンパクトなアンサッツを考案する可能性の両方について、さらなる調査の必要性を示している。

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