論文の概要: All-valid-state HOBO encoding for constrained combinatorial optimization on NISQ devices
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.20017v1
- Date: Thu, 18 Jun 2026 09:48:47 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-06-19 18:23:39.778902
- Title: All-valid-state HOBO encoding for constrained combinatorial optimization on NISQ devices
- Title（参考訳）: NISQデバイス上での制約付き組合せ最適化のための全値HOBO符号化
- Authors: Juncheng Wang, Takumi Kanezashi, Daisuke Tsukayama, Koki Awaya, Reo Saito, Jun-ichi Shirakashi, Tetsuo Shibuya, Hiroshi Imai,
- Abstract要約: 本研究では、旅行セールスパーソン問題(TSP)に対処する変分量子固有解器(VQE)の性能について検討する。
我々は高次バイナリ最適化(HOBO)符号化を用いたノイズレスシミュレーションを用いて、ノイズの多い中間規模量子(NISQ)デバイスを代表する。
その結果, AVS-HOBOエンコーディングにより, NISQデバイス上でのVQEの実用的信頼性が向上することが示唆された。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.083638753510429
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Continued advancements in quantum computing have stimulated growing interest in translating quantum technologies into real-world applications. Consequently, the investigation of practically motivated NP-hard problems is of significant value. This study investigates the performance of a variational quantum eigensolver (VQE) in addressing the traveling salesperson problem (TSP) through noiseless simulations representative of noisy intermediate-scale quantum (NISQ) devices using higher-order binary optimization (HOBO) encodings. We construct a HOBO Hamiltonian with an efficient binary representation and propose an all-valid-state HOBO (AVS-HOBO) scheme based on cyclic mapping that eliminates one penalty term and reuses states that would otherwise be invalid. Using TSP instances of up to 20 cities, we compare the original HOBO and AVS-HOBO encodings from multiple perspectives, including the energy convergence behavior and the approximation, tour-length, and feasibility ratios. In addition to simulations, we perform computations on real quantum hardware with different device architectures, where we not only compare the performances of different chips but also investigate the effects of different error-mitigation methods on actual quantum machines. The results indicate that AVS-HOBO encoding enhances the practical reliability of VQE on NISQ devices and improves scalability for larger TSP instances, with broader applicability to constrained quantum optimization problems.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングの継続的な進歩は、量子技術を現実世界のアプリケーションに翻訳することへの関心の高まりを刺激している。
その結果,NP-hard問題に対する実践的動機付けの検証は重要な意味を持つことがわかった。
本研究では、高階バイナリ最適化(HOBO)符号化を用いたノイズレスシミュレーションにより、旅行セールスパーソン問題(TSP)に対処する変動量子固有解器(VQE)の性能について検討した。
効率的な二項表現を持つHOBOハミルトニアンを構築し, 1つのペナルティ項を排除し, 無効となる状態を再利用する巡回写像に基づく全原子状態HOBO(AVS-HOBO)スキームを提案する。
最大20都市のTSPインスタンスを用いて,エネルギー収束挙動,近似,ツアー長,実現可能性比など,複数の視点からHOBOとAVS-HOBOのエンコーディングを比較した。
シミュレーションに加えて、異なるデバイスアーキテクチャで実際の量子ハードウェア上で計算を行い、異なるチップの性能を比較するだけでなく、実際の量子マシンに対する異なるエラー軽減方法の効果も調べる。
その結果, AVS-HOBOエンコーディングにより, NISQ デバイス上での VQE の実用的信頼性が向上し,より大規模な TSP インスタンスのスケーラビリティが向上し, 制約付き量子最適化問題にも適用可能であることがわかった。
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