Gradient descent is a fundamental algorithm in both theory and practice for continuous optimization. Identifying its quantum counterpart would be appealing to both theoretical and practical quantum applications. A conventional approach to quantum speedups in optimization relies on the quantum acceleration of intermediate steps of classical algorithms, while keeping the overall algorithmic trajectory and solution quality unchanged. We propose Quantum Hamiltonian Descent (QHD), which is derived from the path integral of dynamical systems referring to the continuous-time limit of classical gradient descent algorithms, as a truly quantum counterpart of classical gradient methods where the contribution from classically-prohibited trajectories can significantly boost QHD's performance for non-convex optimization. Moreover, QHD is described as a Hamiltonian evolution efficiently simulatable on both digital and analog quantum computers. By embedding the dynamics of QHD into the evolution of the so-called Quantum Ising Machine (including D-Wave and others), we empirically observe that the D-Wave-implemented QHD outperforms a selection of state-of-the-art gradient-based classical solvers and the standard quantum adiabatic algorithm, based on the time-to-solution metric, on non-convex constrained quadratic programming instances up to 75 dimensions. Finally, we propose a "three-phase picture" to explain the behavior of QHD, especially its difference from the quantum adiabatic algorithm.


翻译:继续优化的理论和实践中, 渐渐下降是一种基本的算法。 确定它的量子对应方将吸引理论和实践的量子应用。 优化量子加速的常规方法取决于古典算法中间步骤的量级加速, 同时保持总体算法轨迹和解决方案质量的不变。 我们提议Quantum 汉密尔顿 源(QHD), 其出自关于古典梯子下降运算法持续时间限制的动态系统( 包括D- Wave 和其他人) 的路径, 作为古典梯度法的真正量级对应方, 古典抑制的轨迹可以大大提升QHD的性能, 从而大大提升QHD的不凝固性能。 此外, QHD被描述为汉密尔顿式的快速演进过程, 可以有效地模拟数字和模拟量子计算机。 通过将QHD的动态融入所谓的量子序列( 包括D- Wave 和其他人) 的进进化过程, 我们从D- QHD( Q- dal- dal- dal- developmental- developmental- dal- gration- dal- developmental- developmental- dal- developmental- graphal- lagal- lagal- developmentalmagraphs), 一种我们用一种我们用一种不制成一个不制成一个不固定的定量的压式的图。</s>

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