The Quantum Approximate Optimization Algorithm (QAOA) is a promising candidate algorithm for demonstrating quantum advantage in optimization using near-term quantum computers. However, QAOA has high requirements on gate fidelity due to the need to encode the objective function in the phase separating operator, requiring a large number of gates that potentially do not match the hardware connectivity. Using the MaxCut problem as the target, we demonstrate numerically that an easier way to implement an alternative phase operator can be used in lieu of the phase operator encoding the objective function, as long as the ground state is the same. We observe that if the ground state energy is not preserved, the approximation ratio obtained by QAOA with such phase separating operator is likely to decrease. Moreover, we show that a better alignment of the low energy subspace of the alternative operator leads to better performance. Leveraging these observations, we propose a sparsification strategy that reduces the resource requirements of QAOA. We also compare our sparsification strategy with some other classical graph sparsification methods, and demonstrate the efficacy of our approach.


翻译:QAOA是一个很有希望的候选算法,用以证明使用近期量子计算机优化时的量子优势。然而,QAOA对门忠性的要求很高,因为需要对阶段分离操作员的客观功能进行编码,这需要大量可能与硬件连接不相符的门。我们用MaxCut问题作为目标,从数字上证明,只要地面状态相同,就可以用一个比较容易的方法实施替代阶段操作员对目标功能进行编码。我们注意到,如果地面状态不保持能源,QAOA在这种阶段分离操作员中获得的近似率可能会下降。此外,我们表明,更好地调整替代操作员的低能子空间可以提高性能。我们利用这些观察结果,提出一个减少QAOA资源需求的垃圾化战略。我们还将我们的蒸气化战略与其他一些古典的石墨粉蒸气化方法进行比较,并展示我们的方法的功效。

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