論文の概要: Thermodynamic significance of QUBO encoding on quantum annealers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.04402v1
- Date: Wed, 07 Jan 2026 21:18:54 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-01-09 17:01:52.930208
- Title: Thermodynamic significance of QUBO encoding on quantum annealers
- Title（参考訳）: 量子アニール上のQUBO符号化の熱力学的意義
- Authors: Emery Doucet, Zakaria Mzaouali, Reece Robertson, Bartłomiej Gardas, Sebastian Deffner, Krzysztof Domino,
- Abstract要約: ペナルティ重みによって制御される2パラメータのエンコーディングファミリを用いたジョブショップスケジューリングインスタンスについて検討する。
計算硬度を管理するのと同じ符号化遷移も散逸を再編成する。
以上の結果から,QUBOのペナルティを熱力学制御ノブとして確立し,ノイズの多い中規模量子アニールに対する熱力学の符号化戦略を動機づけた。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quadratic unconstrained binary optimization (QUBO) is the standard interface to quantum annealers, yet a single constrained task admits many QUBO encodings whose penalty choices reshape the energy landscape experienced by hardware. We study a Job Shop Scheduling instance using a two-parameter family of encodings controlled by penalty weights $p_{\rm sum}$ (one-hot/sum constraints) and $p_{\rm pair}$ (precedence constraints). Sweeping $(p_{\rm sum},p_{\rm pair})$, we observe sharp transitions in feasibility and solver success across classical annealing-inspired heuristics and on a D-Wave Advantage processor. Going beyond solution probability, we treat the annealer as an open thermodynamic system and perform cyclic reverse-annealing experiments initialized from thermal samples, measuring the stochastic processor energy change. From the first two moments of this energy change we infer lower bounds on entropy production, work, and exchanged heat via thermodynamic uncertainty relations, and corroborate the observed trends with adiabatic master equation simulations. We find that the same encoding transitions that govern computational hardness also reorganize dissipation: weak penalties generate low-energy infeasible manifolds, while overly strong penalties suppress the effective problem energy scale and increase irreversibility, reducing the thermodynamic efficiency. Our results establish QUBO penalties as thermodynamic control knobs and motivate thermodynamics-aware encoding strategies for noisy intermediate-scale quantum annealers.
- Abstract（参考訳）: 擬似非制約バイナリ最適化(QUBO)は、量子アニーラーの標準的なインタフェースであるが、単一の制約されたタスクは、ハードウェアが経験したエネルギー環境を再形成する多くのQUBOエンコーディングを許容する。
ペナルティ重みによって制御される2パラメータのエンコーディングファミリである$p_{\rm sum}$(1-hot/sum制約)と$p_{\rm pair}$(先行制約)を使用してジョブショップスケジューリングインスタンスを調査する。
Sweping $(p_{\rm sum},p_{\rm pair})$, we observed sharp transitions in feasibility and solver success across classical annealing-inspired heuristics and on a D-Wave Advantage processor。
解の確率を超えて、熱力学系としてアニールを扱い、熱試料から初期化した環状逆アニール実験を行い、確率的プロセッサエネルギー変化を測定した。
このエネルギー変化の最初の2つの瞬間から、熱力学的不確実性関係を通してエントロピー生成、仕事、交換熱の低い境界を推定し、観測された傾向を断熱的マスター方程式のシミュレーションと相関付ける。
弱いペナルティは低エネルギーで実現不可能な多様体を生成するが、過度に強いペナルティは有効な問題エネルギースケールを抑え、不可逆性を増大させ、熱力学効率を低下させる。
以上の結果から,QUBOのペナルティを熱力学制御ノブとして確立し,ノイズの多い中規模量子アニールに対する熱力学の符号化戦略を動機づけた。
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