論文の概要: Solving Constrained Optimization Problems Using Hybrid Qubit-Qumode Quantum Devices

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.11735v2
• Date: Mon, 09 Jun 2025 20:38:41 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-11 15:11:39.359977
• Title: Solving Constrained Optimization Problems Using Hybrid Qubit-Qumode Quantum Devices
• Title（参考訳）: ハイブリッド量子量子デバイスを用いた制約付き最適化問題の解法
• Authors: Rishab Dutta, Brandon Allen, Nam P. Vu, Chuzhi Xu, Kun Liu, Fei Miao, Bing Wang, Amit Surana, Chen Wang, Yongshan Ding, Victor S. Batista,
• Abstract要約: 変分量子アルゴリズム(VQA)は、短期量子ハードウェアにおける複雑な最適化問題を解くための有望なアプローチを提供する。 エコー条件変位変動量子固有解器(ECD-VQE)を用いた2次非拘束二元最適化問題に対して、ハイブリッド量子ビット量子デバイスがどのように対処できるかを示す。 我々は,従来の量子コンピュータでは深部回路を必要とする変動型ECDアンサーゼを,ハイブリッド量子モードプラットフォームで効率的に実現することができると結論付けた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.954263125127824
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Variational Quantum Algorithms (VQAs) offer a promising approach for solving complex optimization problems on near-term quantum hardware. In this work, we show how hybrid qubit-qumode quantum devices can address Quadratic Unconstrained Binary Optimization (QUBO) problems using the Echoed Conditional Displacement Variational Quantum Eigensolver (ECD-VQE). Leveraging circuit quantum electrodynamics (cQED) architectures, we encode QUBO instances into multiple qumodes weakly coupled to a single qubit and extract solutions directly from photon-number measurements. As a demonstration, we apply ECD-VQE to the Binary Knapsack Problem and find that it outperforms the Quantum Approximate Optimization Algorithm (QAOA) implemented on conventional qubit circuits. These results highlight the potential of ECD-VQE for a broad class of NP-hard problems. We conclude that hybrid qubit-qumode platforms can efficiently realize variational ECD ansatze that would otherwise require deep circuits on standard qubit-based quantum computers, positioning them as promising candidates for constrained optimization in early fault-tolerant quantum computing.
• Abstract（参考訳）: 変分量子アルゴリズム(VQA)は、短期量子ハードウェアにおける複雑な最適化問題を解くための有望なアプローチを提供する。 本研究では, 擬似非拘束バイナリ最適化 (QUBO) 問題に対して, エコー条件変位変動量子固有解器 (ECD-VQE) を用いて, ハイブリッド量子モード量子デバイスがどのように対処できるかを示す。 回路量子力学(cQED)アーキテクチャを活用して、QUBOインスタンスを単一量子ビットに弱結合した複数の量子モードにエンコードし、光子数測定から直接解を抽出する。 その結果,従来の量子ビット回路で実装された量子近似最適化アルゴリズム(QAOA)よりも優れていることがわかった。 これらの結果は、幅広いNPハード問題に対するECD-VQEの可能性を強調している。 我々は,従来の量子ビットベースの量子コンピュータでは深い回路を必要とする変動型ECDアンサーゼを効率よく実現し,早期のフォールトトレラント量子コンピューティングにおける制約付き最適化の候補として位置づけた。

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