量子近似最適化アルゴリズムで理論的な量子高速化を示す(JPMorgan Chase, Argonne and Quantinuum show theoretical quantum speedup with the quantum approximate optimization algorithm)

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2024-05-29 アルゴンヌ国立研究所(ANL)

2023年5月29日に「Science Advances」で発表された論文で、JPMorgan Chase、米国エネルギー省のアルゴンヌ国立研究所、Quantinuumの研究者たちは、量子近似最適化アルゴリズム(QAOA)の速度向上を実証しました。QAOAは物流、通信、金融モデリング、材料科学などで応用が期待されています。研究チームは、低コストで実装可能な量子アルゴリズムが古典的な方法よりも速度向上をもたらすかを検証し、QAOAが大きな問題を解く際に時間増加率が古典的解法よりも遅いことを発見しました。シミュレーターを使用して理想的な無ノイズ環境でのアルゴリズム性能を評価し、Quantinuumの量子コンピュータで小規模な実装を行い、エラー検出により性能を65%向上させました。

<関連情報>

量子近似最適化アルゴリズムが古典的難問に対してスケーリング優位性を証明 Evidence of scaling advantage for the quantum approximate optimization algorithm on a classically intractable problem

RUSLAN SHAYDULIN, CHANGHAO LI, SHOUVANIK CHAKRABARTI, MATTHEW DECROSS, […], AND MARCO PISTOIA
Science Advances  Published:29 May 2024
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.adm6761

量子近似最適化アルゴリズムで理論的な量子高速化を示す(JPMorgan Chase, Argonne and Quantinuum show theoretical quantum speedup with the quantum approximate optimization algorithm)

Abstract

The quantum approximate optimization algorithm (QAOA) is a leading candidate algorithm for solving optimization problems on quantum computers. However, the potential of QAOA to tackle classically intractable problems remains unclear. Here, we perform an extensive numerical investigation of QAOA on the low autocorrelation binary sequences (LABS) problem, which is classically intractable even for moderately sized instances. We perform noiseless simulations with up to 40 qubits and observe that the runtime of QAOA with fixed parameters scales better than branch-and-bound solvers, which are the state-of-the-art exact solvers for LABS. The combination of QAOA with quantum minimum finding gives the best empirical scaling of any algorithm for the LABS problem. We demonstrate experimental progress in executing QAOA for the LABS problem using an algorithm-specific error detection scheme on Quantinuum trapped-ion processors. Our results provide evidence for the utility of QAOA as an algorithmic component that enables quantum speedups.

1602ソフトウェア工学
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