面向 SatCom 波束放置问题量子退火的高效哈密顿量归约
信息论
2022-10-13 v1 math.IT
摘要
波束放置（BP）是低地球轨道（LEO）卫星通信（SatCom）系统中的著名问题，可建模为 NP 难团覆盖问题。近来，量子计算作为一种新技术兴起，通过构造二次无约束二元优化（QUBO）并制备哈密顿量作为量子计算机输入，革新了求解困难优化问题的方式。本文研究如何使用量子计算求解 BP 问题。然而，受限于硬件资源，现有量子计算机无法处理大型优化空间。为此，我们提出一种高效哈密顿量归约方法，使量子处理器能求解 LEO 系统中遇到的大型 BP 实例。我们利用美国船舶位置真实数据集在真实量子计算机（D-Wave Advantage）上仿真。数值结果表明，我们的算法优于 D-Wave 商业化方案，使现有量子退火器能求解大 17.5 倍的 BP 实例且保持高解质量。尽管量子计算在理论上无法克服 BP 问题的困难性，本工作是将量子计算应用于卫星优化问题（尤其是建模为团覆盖/图着色问题的应用）的早期尝试。
引用
@article{arxiv.2210.06042,
title = {Efficient Hamiltonian Reduction for Quantum Annealing on SatCom Beam Placement Problem},
author = {Thinh Q. Dinh and Son Hoang Dau and Eva Lagunas and Symeon Chatzinotas},
journal= {arXiv preprint arXiv:2210.06042},
year = {2022}
}