論文の概要: Quantum Optimization for Energy Management: A Coherent Variational Approach
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.14095v1
- Date: Wed, 18 Dec 2024 17:43:51 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-19 13:23:00.831189
- Title: Quantum Optimization for Energy Management: A Coherent Variational Approach
- Title（参考訳）: エネルギー管理のための量子最適化-コヒーレントな変分アプローチ
- Authors: Farshad Amani, Amin Kargarian,
- Abstract要約: 本稿では、最適潮流(OPF)を解くための量子化解を提案する。
内部点法(IPM)とコヒーレント変分量子線形解法(CVQLS)を統合する。
CVQLSはIPMのHessianのような不条件行列との安定性のためにOPFに最も適している。
将来性はあるものの、CVQLSの適用は現在、既存の量子ハードウェアの制限によって制限されている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: This paper presents a quantum-enhanced optimization approach for solving optimal power flow (OPF) by integrating the interior point method (IPM) with a coherent variational quantum linear solver (CVQLS). The objective is to explore the applicability of quantum computing to power systems optimization and address the associated challenges. A comparative analysis of state-of-the-art quantum linear solvers - Harrow-Hassidim-Lloyd (HHL), variational quantum linear solver (VQLS), and CVQLS - revealed that CVQLS is most suitable for OPF due to its stability with ill-conditioned matrices, such as the Hessian in IPM. To ensure high-quality solutions, prevent suboptimal convergence, and avoid the barren plateau problem, we propose a quantum circuit parameter initialization technique along with a method to guide the IPM along the central path. Moreover, we design an ansatz tailored for OPF, optimizing the expressibility and trainability of the quantum circuit to ensure efficient convergence and robustness in solving quantum OPF. Various optimizers are also tested for quantum circuit parameter optimization, and based on the comparative analysis, the best optimizer is selected. We evaluate our approaches on IEEE 3-, 5-, 118-, and 300-bus systems, demonstrating their effectiveness in providing reliable OPF solutions. Our resource comparison between the power flow and OPF matrices on quantum hardware highlights that OPF needs considerably more resources, making its implementation significantly more challenging than in previous studies. Although promising, the application of CVQLS is currently constrained by the limitations of existing quantum hardware, especially for larger power systems. To address this, we use a quantum noise simulator for testing on larger systems.
- Abstract（参考訳）: 本稿では、内部点法(IPM)とコヒーレント変分量子線形解法(CVQLS)を統合することにより、最適電力フロー(OPF)を解くための量子化最適化手法を提案する。
目的は、電力系統最適化への量子コンピューティングの適用性を探究し、関連する課題に対処することである。
HHL(Harrow-Hassidim-Lloyd)、変分量子線形解法(VQLS)、CVQLS(CVQLS)の比較分析により、CVQLSはIPMのHessianのような不飽和行列との安定性のためにOPFに最も適していることが明らかになった。
高品質な解の確保,最適下限収束の防止,不規則高原問題の回避を目的として,中心経路に沿ってIPMを誘導する手法とともに量子回路パラメータ初期化手法を提案する。
さらに,OPFに適したアンサッツを設計し,量子回路の表現性とトレーニング性を最適化し,量子OPFの解法における効率的な収束性と堅牢性を確保する。
量子回路パラメータ最適化にも様々なオプティマイザがテストされ、比較分析に基づいて最適なオプティマイザが選択される。
IEEE 3, 5-, 118-, 300-busシステムに対する我々のアプローチを評価し, 信頼性の高いOPFソリューションを提供することの有効性を実証した。
量子ハードウェア上での電力フローとOPF行列のリソース比較により,OPFは従来よりもはるかに多くのリソースを必要とすることが明らかとなった。
将来性はあるものの、CVQLSの応用は、既存の量子ハードウェア、特により大きな電力システムに対する制限によって制限されている。
これを解決するために、我々はより大規模なシステムをテストするために量子ノイズシミュレータを使用します。
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