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Polynomial Reduction Methods and their Impact on QAOA Circuits

Schmidbauer, Lukas und Wintersperger, Karen und Lobe, Elisabeth und Mauerer, Wolfgang (2024) Polynomial Reduction Methods and their Impact on QAOA Circuits. In: 3rd IEEE International Conference on Quantum Software, QSW 2024, Seiten 35-45. 2024 IEEE International Conference on Quantum Software (QSW), 2024-07-07 - 2024-07-13, Shenzhen, China. doi: 10.1109/QSW62656.2024.00018. ISBN 979-835036847-5.

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Offizielle URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/10646513/

Kurzfassung

Abstraction layers are of paramount importance in software architecture, as they shield the higher-level formulation of payload computations from lower-level details. Since quantum computing (QC) introduces many such details that are often unaccustomed to computer scientists, an obvious desideratum is to devise appropriate abstraction layers for QC. For discrete optimisation, one such abstraction is to cast problems in quadratic unconstrained binary optimisation (QUBO) form, which is amenable to a variety of quantum approaches. However, different mathematically equivalent forms can lead to different behaviour on quantum hardware, ranging from ease of mapping onto qubits to performance scalability. In this work, we show how using higher-order problem formulations (that provide better expressivity in modelling optimisation tasks than plain QUBO formulations) and their automatic transformation into QUBO form can be used to leverage such differences to prioritise between different desired non-functional properties for quantum optimisation. Based on a practically relevant use-case and a graph-theoretic analysis, we evaluate how different transformation approaches influence widely used quantum performance metrics (circuit depth, gates count, gate distribution, qubit scaling), and also consider the classical computational efforts required to perform the transformations, as they influence possibilities for achieving future quantum advantage. Furthermore, we establish more general properties and invariants of the transformation methods. Our quantitative study shows that the approach allows us to satisfy different trade-offs, and suggests various possibilities for the future construction of general-purpose abstractions and automatic generation of useful quantum circuits from high-level problem descriptions.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/210846/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Polynomial Reduction Methods and their Impact on QAOA Circuits
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Schmidbauer, LukasTechnical University of Applied Sciences Regensburg, Regensburg, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wintersperger, KarenSiemens AG Technology Munich, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lobe, ElisabethElisabeth.Lobe (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3473-8906NICHT SPEZIFIZIERT
Mauerer, WolfgangTechnical University of Applied Sciences Regensburg Siemens AG, Technology, Regensburg/Munich, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:28 August 2024
Erschienen in:3rd IEEE International Conference on Quantum Software, QSW 2024
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1109/QSW62656.2024.00018
Seitenbereich:Seiten 35-45
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
NICHT SPEZIFIZIERTIEEENICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
ISBN:979-835036847-5
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Quantum advantage, Software architecture, Scalability, Qubit, Logic gates, Software, Polynomials, Quantum Software, QAOA, Graphs, Pseudo-Boolean Function, QUBO, PUBO
Veranstaltungstitel:2024 IEEE International Conference on Quantum Software (QSW)
Veranstaltungsort:Shenzhen, China
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:7 Juli 2024
Veranstaltungsende:13 Juli 2024
Veranstalter :IEEE
HGF - Forschungsbereich:keine Zuordnung
HGF - Programm:keine Zuordnung
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Quantencomputing-Initiative
DLR - Forschungsgebiet:QC SW - Software
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):QC - ALQU, R - Quantencomputing
Standort: Braunschweig
Institute & Einrichtungen:Institut für Softwaretechnologie
Institut für Softwaretechnologie > High-Performance Computing
Hinterlegt von: Lobe, Elisabeth
Hinterlegt am:18 Dez 2024 12:52
Letzte Änderung:20 Dez 2024 11:59

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