論文の概要: Parameter Generation of Quantum Approximate Optimization Algorithm with Diffusion Model

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.12242v1
• Date: Wed, 17 Jul 2024 01:18:27 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-07-18 18:49:00.121785
• Title: Parameter Generation of Quantum Approximate Optimization Algorithm with Diffusion Model
• Title（参考訳）: 拡散モデルを用いた量子近似最適化アルゴリズムのパラメータ生成
• Authors: Fanxu Meng, Xiangzhen Zhou,
• Abstract要約: 量子コンピューティングは最適化の分野に革命をもたらす可能性を示している。 本研究では,量子近似最適化アルゴリズム(QAOA)の高速初期パラメータを生成するために,機械学習モデルを訓練する。 我々の拡散モデルでは, 高い性能パラメータの分布を学習し, 最適パラメータに近い新しいパラメータを学習できることが示されている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.6959187484738902
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum computing presents a compelling prospect for revolutionizing the field of combinatorial optimization, in virtue of the unique attributes of quantum mechanics such as superposition and entanglement. The Quantum Approximate Optimization Algorithm (QAOA), a variational hybrid quantum-classical algorithm, stands out as leading proposals to efficiently solve the Max-Cut problem, a representative example of combinatorial optimization. However, its promised advantages strongly rely on parameters initialization strategy, a critical aspect due to the non-convex and complex optimization landscapes characterized by low-quality local minima issue. Therefore, in this work, we formulate the problem of finding good initial parameters as a generative task in which the generative machine learning model, specifically denoising diffusion probabilistic model (DDPM), is trained to generate high-performing initial parameters for QAOA. The diffusion model is capable of learning the distribution of high-performing parameters and then synthesizing new parameters closer to optimal ones. Experiments with various sized Max-Cut problem instances demonstrate that our diffusion process consistently enhance QAOA effectiveness compared to random parameters initialization. Moreover, our framework shows the possibility of training on small, classically simulatable problem instances, aiming at extrapolating to larger instances to reduce quantum computational resource overhead.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングは、重ね合わせや絡み合いのような量子力学のユニークな特性により、組合せ最適化の分野に革命をもたらす可能性を示している。 変分型ハイブリッド量子古典アルゴリズムである量子近似最適化アルゴリズム(QAOA)は、組合せ最適化の代表的な例であるMax-Cut問題を効率的に解くための主要な提案である。 しかし、その約束された利点はパラメータの初期化戦略に強く依存しており、これは低品質の局所ミニマ問題によって特徴づけられる非凸および複雑な最適化の展望による重要な側面である。 そこで本研究では,生成機械学習モデル,特に拡散確率モデル (DDPM) を訓練し,QAOAの高性能初期パラメータを生成するための生成タスクとして,優れた初期パラメータを求める問題を定式化する。 拡散モデルは、高性能パラメータの分布を学習し、次に最適なパラメータに近い新しいパラメータを合成することができる。 様々なサイズのMax-Cut問題インスタンスを用いた実験により、我々の拡散過程はランダムパラメータの初期化と比較してQAOAの有効性を一貫して向上することを示した。 さらに,本フレームワークは,大規模インスタンスへの外挿による量子計算資源のオーバーヘッド低減を目的とした,小型で古典的にシミュラブルな問題インスタンスのトレーニングの可能性を示す。

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