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Mean-Field Approximate Optimization Algorithm

Misra-Spieldenner, Aditi und Bode, Tim und Schuhmacher, Peter Ken und Stollenwerk, Tobias und Bagrets, Dmitry und Wilhelm, Frank K. (2023) Mean-Field Approximate Optimization Algorithm. PRX Quantum, 4 (030335). American Physical Society. doi: 10.1103/PRXQuantum.4.030335. ISSN 2691-3399.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
1MB

Offizielle URL: https://journals.aps.org/prxquantum/abstract/10.1103/PRXQuantum.4.030335

Kurzfassung

The quantum approximate optimization algorithm (QAOA) is suggested as a promising application on early quantum computers. Here a quantum-inspired classical algorithm, the mean-field approximate optimization algorithm (mean-field AOA), is developed by replacement of the quantum evolution of the QAOA with classical spin dynamics through the mean-field approximation. Because of the alternating structure of the QAOA, this classical dynamics can be found exactly for any number of QAOA layers. We benchmark its performance against the QAOA on the Sherrington-Kirkpatrick model and the partition problem, and find that the mean-field AOA outperforms the QAOA in both cases for most instances. Our algorithm can thus serve as a tool to delineate optimization problems that can be solved classically from those that cannot, i.e., we believe that it will help to identify instances where a true quantum advantage can be expected from the QAOA. To quantify quantum fluctuations around the mean-field trajectories, we solve an effective scattering problem in time, which is characterized by a spectrum of time-dependent Lyapunov exponents. These provide an indicator for the hardness of a given optimization problem relative to the mean-field AOA.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/200170/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Mean-Field Approximate Optimization Algorithm
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Misra-Spieldenner, Aditia.misra-spieldenner (at) fz-juelich.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bode, Timt.bode (at) fz-juelich.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schuhmacher, Peter KenPeter.Schuhmacher (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1232-4363148466484
Stollenwerk, Tobiast.stollenwerk (at) fz-juelich.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bagrets, Dmitryd.bagrets (at) fz-juelich.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wilhelm, Frank K.f.wilhelm-mauch (at) fz-juelich.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:12 September 2023
Erschienen in:PRX Quantum
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:4
DOI:10.1103/PRXQuantum.4.030335
Verlag:American Physical Society
ISSN:2691-3399
Status:veröffentlicht
Stichwörter:QAOA Quantum Optimization Mean-Field Theory
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Quantencomputing
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Softwaretechnologie > High-Performance Computing
Institut für Softwaretechnologie
Hinterlegt von: Schuhmacher, Peter Ken
Hinterlegt am:11 Dez 2023 09:45
Letzte Änderung:15 Dez 2023 12:31

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