Pré-Publication, Document De Travail Année : 2023

State-space reduction techniques exploiting specific constraints for quantum search Application to a specific job scheduling problem

Techniques de réduction de l'espace des états exploitant des contraintes spécifiques pour la recherche quantique : Application à un problème spécifique de planification de tâches

Rodolphe Griset
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1122764
Jiri Guth Jarkovsky
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1481673

Résumé

Quantum search has emerged as one of the most promising fields in quantum computing. State-of-the-art quantum search algorithms enable the search for specific elements in a distribution by monotonically increasing the density of these elements until reaching a high dentisity. This kind of algorithms demonstrate a theoretical quadratic speed-up on the number of queries compared to classical search algorithms in unstructured spaces. Unfortunately, the major part of the existing literature applies quantum search to problems which size grows exponnentialy with the input size without exploiting any specific problem structure, rendering this kind of approach not exploitable in real industrial problems. In contrast, this work proposes exploiting specific constraints of scheduling problems to build an initial superposition of states with size almost quadraticaly increasing as a function of the problem size. This state space reduction, inspired by the quantum walk algorithm, constructs a state superposition corresponding to all paths in a state-graph embedding spacing constraints between jobs. Our numerical results on quantum emulators highlights the potential of state space reduction approach, which could lead to more efficient quantum search processes by focusing on a smaller, more relevant, solution space.

La recherche quantique a émergé comme l'un des domaines les plus prometteurs de l'informatique quantique. Les algorithmes de recherche quantique de pointe permettent de rechercher des éléments spécifiques dans une distribution en augmentant de manière monotone la densité de ces éléments jusqu'à atteindre une densité élevée. Ce type d'algorithme démontre une accélération quadratique théorique du nombre de requêtes par rapport aux algorithmes de recherche classiques dans des espaces non structurés. Malheureusement, la majeure partie de la littérature existante applique la recherche quantique à des problèmes dont la taille croît exponentiellement avec la taille de l'entrée sans exploiter aucune structure spécifique du problème, rendant ce type d'approche inexploitable dans des problèmes industriels réels. En revanche, ce travail propose d'exploiter des contraintes spécifiques des problèmes de planification pour construire une superposition initiale d'états dont la taille augmente presque quadratiquement en fonction de la taille du problème. Cette réduction de l'espace des états, inspirée par l'algorithme de marche quantique, construit une superposition d'états correspondant à tous les chemins dans un graphe d'états intégrant des contraintes d'espacement entre les tâches. Nos résultats numériques sur des émulateurs quantiques mettent en évidence le potentiel de l'approche de réduction de l'espace des états, qui pourrait conduire à des processus de recherche quantique plus efficaces en se concentrant sur un espace de solutions plus petit et plus pertinent
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QuantumSearch_SSR_SchedulingProblem.pdf (718.97 Ko) Télécharger le fichier
Origine Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

hal-04850914 , version 1 (10-01-2025)

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Domaine public

Identifiants

Citer

Rodolphe Griset, Ioannis Lavdas, Jiri Guth Jarkovsky. State-space reduction techniques exploiting specific constraints for quantum search Application to a specific job scheduling problem. 2024. ⟨hal-04850914⟩

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