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量子近似优化算法在数字分区问题中的应用 被引量:1
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作者 杨辉 李志强 +2 位作者 潘文杰 杨冬晗 吴希 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期367-377,共11页
量子近似优化算法(QAOA)是一种近似求解组合优化问题的方法,它通过反复调整电路参数,以获取问题哈密顿量的最大期望值为目的来解决问题,在组合优化问题领域具有广阔的应用前景。将QAOA应用于数字分区问题(二分区问题),通过将问题函数转... 量子近似优化算法(QAOA)是一种近似求解组合优化问题的方法,它通过反复调整电路参数,以获取问题哈密顿量的最大期望值为目的来解决问题,在组合优化问题领域具有广阔的应用前景。将QAOA应用于数字分区问题(二分区问题),通过将问题函数转换成对应的哈密顿量,构造了量子线路,采用线性近似约束优化(COBYLA)方法对电路参数进行了优化,并使用IBMQ模拟平台进行了模拟实验。研究发现量子近似优化算法在数字分区问题中有着良好的性能表现,可在多项式时间内给出问题的解,并且降低了问题的时间复杂度。 展开更多
关键词 量子计算 量子线路 数字分区 量子近似优化算法
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量子近似优化算法在精确覆盖问题中的应用
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作者 郭玲玲 李志强 段孟环 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2024年第3期849-854,共6页
精确覆盖问题属于组合优化中的NP完全问题,使用经典算法难以在多项式时间范围内求解。为解决该问题,在开源量子计算框架qiskit上,提出基于量子近似优化算法(QAOA)的量子线路求解方案,并采用基于单纯形法的线性近似约束优化(COBYLA)算法... 精确覆盖问题属于组合优化中的NP完全问题,使用经典算法难以在多项式时间范围内求解。为解决该问题,在开源量子计算框架qiskit上,提出基于量子近似优化算法(QAOA)的量子线路求解方案,并采用基于单纯形法的线性近似约束优化(COBYLA)算法对量子逻辑门中的参数进行优化。首先,通过精确覆盖问题的数学模型建立经典伊辛模型;其次,利用量子理论中的旋转变量对经典伊辛模型进行量子化,再用泡利旋转算子代替旋转变量,得到量子伊辛模型和问题哈密顿量,提高QAOA寻找最优的速度;最后,以混合哈密顿量为生成元的酉变换和问题哈密顿量为生成元的酉变换乘积的累积,得到问题哈密顿量期望的表达式,并由此设计生成量子线路。另外,通过经典处理器对两个酉变换中的参数进行优化,调整问题哈密顿量的期望值,从而提高求解的概率。该线路在IBM的开源量子计算框架qiskit上进行仿真实验,实验结果表明,所提方案能够在多项式时间内以95.6%的概率获得问题的解,验证了所提量子线路能够以较高的概率求得精确覆盖问题的解。 展开更多
关键词 量子近似优化算法 量子线路 哈密顿量 酉变换 精确覆盖
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一种求解图分割问题的量子近似优化算法
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作者 袁志强 杨思春 +2 位作者 阮越 薛希玲 陶陶 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期2025-2036,共12页
量子近似优化算法(Quantum Approximate Optimization Algorithm,QAOA)是求解组合优化问题的算法框架,是近期最有可能展示量子计算优势的算法之一.在QAOA框架内,表征解的量子态采取的二进制编码方案导致的对称性限制了QAOA的性能.为了... 量子近似优化算法(Quantum Approximate Optimization Algorithm,QAOA)是求解组合优化问题的算法框架,是近期最有可能展示量子计算优势的算法之一.在QAOA框架内,表征解的量子态采取的二进制编码方案导致的对称性限制了QAOA的性能.为了克服这一局限性,本文受Dicke态制备算法的启发,给出了一种新的解编码方案,消除了现有编码方案中的对称性.本文还设计了新的演化算子——星图(Star Graph,SG)算子,及其对应的SG算法,给出了算法求解图分割问题时的量子电路.在IBM Q上的实验结果显示,星图算法比标准QAO算法平均约有25.3%的性能提升. 展开更多
关键词 量子近似优化算法 组合优化问题 星图算子 星图算法 图分割
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量子近似优化算法在最大独立集中的应用 被引量:4
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作者 段孟环 李志强 郭玲玲 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2023年第9期2646-2649,2673,共5页
最大独立集问题是著名的NP问题,并且在许多场景中都有应用。传统的精确算法解决最大独立集问题需要指数级的时间复杂度。为更高效地解决最大独立集问题,提出了一种基于量子近似优化算法的量子线路解决方案。该方案由最大独立集的数学模... 最大独立集问题是著名的NP问题,并且在许多场景中都有应用。传统的精确算法解决最大独立集问题需要指数级的时间复杂度。为更高效地解决最大独立集问题,提出了一种基于量子近似优化算法的量子线路解决方案。该方案由最大独立集的数学模型,推导出最大独立集问题的哈密顿量表达式;设计了基于量子近似优化算法的量子线路,采用COBYLA经典优化算法对参数量子门中的参数进行优化,并使用IBM提供的量子开发框架Qiskit进行仿真实验。仿真结果表明,使用量子近似优化算法可以在多项式时间内以高概率获得最大独立集问题的解,实现了指数加速。量子近似优化算法对解决最大独立集问题有一定的可行性和有效性。 展开更多
关键词 最大独立集 量子近似优化算法 量子线路 Qiskit
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量子近似优化算法在投资组合优化中的应用 被引量:1
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作者 吴涵卿 袁淏木 +3 位作者 陈柄任 吴磊 李鑫 李晓瑜 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期642-648,共7页
讨论了量子近似优化算法(QAOA)在投资组合优化问题上的应用,而后者在离散的约束条件下是NP难的;介绍了QAOA的基本框架以及相应的投资组合优化问题的建模;阐述了数个可用于解决投资组合优化问题的QAOA方法。通过数值模拟及假设检验比较... 讨论了量子近似优化算法(QAOA)在投资组合优化问题上的应用,而后者在离散的约束条件下是NP难的;介绍了QAOA的基本框架以及相应的投资组合优化问题的建模;阐述了数个可用于解决投资组合优化问题的QAOA方法。通过数值模拟及假设检验比较这些方法与经典方法的表现,各量子算法在平均近似比上相较经典方法均有7%以上的提升。 展开更多
关键词 离散优化 投资组合优化 量子近似优化算法 量子计算
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基于硬约束热启动的量子投资组合优化算法
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作者 蔚栋敏 陈柄任 +2 位作者 陈慧 吴磊 李晓瑜 《电子科技大学学报》 北大核心 2025年第1期116-124,共9页
针对金融领域的投资组合优化问题中普遍存在的整数约束难题,提出了一种基于量子近似优化算法的新解法。该算法通过将经典算法得到的连续解编码为量子电路的初始态,从而将连续优化问题转化为离散的马科维茨模型。同时,引入硬约束来严格... 针对金融领域的投资组合优化问题中普遍存在的整数约束难题,提出了一种基于量子近似优化算法的新解法。该算法通过将经典算法得到的连续解编码为量子电路的初始态,从而将连续优化问题转化为离散的马科维茨模型。同时,引入硬约束来严格满足投资组合中的整数约束,确保解的质量。通过热启动技术,进一步提升了算法的成功率。数值模拟实验表明,该算法在求解大规模整数约束投资组合问题时,相较于传统方法具有显著的计算效率优势,且所得解的质量更优。 展开更多
关键词 量子计算 硬约束 热启动 投资组合优化 量子近似优化算法
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量子计算技术在新型电力系统决策优化中的应用 被引量:7
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作者 李知艺 许悦 韩旭涛 《电力系统自动化》 EI CSCD 北大核心 2024年第6期62-73,共12页
新型电力系统的规划、运行和市场运营等决策优化过程呈现变量激增、约束繁杂等特点,而量子计算具有运算并行和状态叠加等特性,为高效解决此类“维数灾难”难题提供了新的技术路径。文中围绕量子计算技术赋能新型电力系统决策优化的原理... 新型电力系统的规划、运行和市场运营等决策优化过程呈现变量激增、约束繁杂等特点,而量子计算具有运算并行和状态叠加等特性,为高效解决此类“维数灾难”难题提供了新的技术路径。文中围绕量子计算技术赋能新型电力系统决策优化的原理可行性及实现思路展开探析。首先,梳理分析量子计算应用于新型电力系统决策优化过程的先进性与局限性,构建量子-经典计算混合的变分量子决策优化框架。在此基础上,提炼新型电力系统典型优化问题的共性,推导统一的问题结构,形成可利用量子比特系统描述的能量模型。随后,提出基于量子近似优化算法的求解流程,寻找能量模型的极值,并映射得到原优化问题的最优解。最后,从软硬件、算法框架以及行业发展等角度提出思考与展望。 展开更多
关键词 量子计算 新型电力系统 决策优化 变分量子算法 量子近似优化算法 混合整数规划 分布式计算
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QAOA最大切割问题的类Dijkstra优化及实现 被引量:3
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作者 潘文杰 李志强 杨辉 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2023年第2期378-382,共5页
最大切割问题是可以用量子近似优化算法(QAOA)来解决的典型问题,Ansatz线路构造为该算法的重要组成部分。为了减少多种图结构在QAOA中的构造代价和提高其稳定性,从线路的可优化性出发进行分析,结合Dijkstra算法的点边存放特点,提出了该... 最大切割问题是可以用量子近似优化算法(QAOA)来解决的典型问题,Ansatz线路构造为该算法的重要组成部分。为了减少多种图结构在QAOA中的构造代价和提高其稳定性,从线路的可优化性出发进行分析,结合Dijkstra算法的点边存放特点,提出了该线路的类Dijkstra优化算法,并将其应用于QAOA最大切割问题。使用Qiskit量子框架来模拟优化算法的正确性,并用IBM Quantum Composer的真实环境进行对比实验来验证优化的稳定性。与未优化的线路相比,此优化算法下的CNOT门能减少约40%,其稳定性也得到了明显的提高。结果表明类Dijkstra优化算法可以适用于QAOA最大切割问题的多种图结构优化。 展开更多
关键词 量子信息 量子近似优化算法 量子线路 最大切割问题 IBM Quantum
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