Many computational problems involve optimization over discrete variables with quadratic interactions. Known as discrete quadratic models (DQMs), these problems in general are NP-hard. Accordingly, there is increasing interest in encoding DQMs as quadratic unconstrained binary optimization (QUBO) models to allow their solution by quantum and quantum-inspired hardware with architectures and solution methods designed specifically for such problem types. However, converting DQMs to QUBO models often introduces invalid solutions to the solution space of the QUBO models. These solutions must be penalized by introducing appropriate constraints to the QUBO objective function that are weighted by a tunable penalty parameter to ensure that the global optimum is valid. However, selecting the strength of this parameter is non-trivial, given its influence on solution landscape structure. Here, we investigate the effects of choice of encoding and penalty strength on the structure of QUBO DQM solution landscapes and their optimization, focusing specifically on one-hot and domain-wall encodings.


翻译:许多计算问题涉及离散变量的二次相互作用优化。这些问题通称为离散二次模型(DQM),通常是NP难的。因此,越来越多的人将DQM编码为二次未约束二进制优化(QUBO)模型,以便通过量子和量子仿真硬件来求解,其架构和解决方案方法专门设计用于这种问题类型。然而,将DQM转换为QUBO模型通常会引入QUBO模型的解空间中的无效解。这些解必须通过引入适当的约束条件到QUBO目标函数来惩罚,这些约束条件由一个可调节的惩罚参数加权以确保全局最优是有效的。但是,选择参数的强度是非常棘手的,因为它对解决方案空间结构有影响。在这里,我们调查了编码和惩罚强度选择对QUBO DQM解空间及其优化的影响,重点关注一个热和域墙编码。

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