IBM Quantum、Zuse Institute Berlin (ZIB)、Technische Universität Berlin、Purdue Universityが主導し、世界中の学術・産業パートナーとともに構成される国際研究コンソーシアムは、Quantum Optimization Benchmarking Library (QOBLIB)を発表しました。Nature Computational Science誌に掲載された("The Quantum Optimization Benchmarking Library")このオープンソースの取り組みは、10種類のNP困難組合せ最適化問題クラスにわたって量子アルゴリズム、古典アルゴリズム、ハイブリッドアルゴリズムを評価するための、標準化されたモデル非依存のベンチマークフレームワークを確立します。
QOBLIBは量子最適化における重要なギャップに対処します。Quantum Approximate Optimization Algorithm (QAOA)や量子アニーリングのようなヒューリスティックアルゴリズムは理論的な性能保証を欠く一方で、実証的優位性の主張には最先端の古典ソルバーとの厳密な比較が必要です。このライブラリは、数十から数万に及ぶ決定変数のスケールで古典ソルバーにとって計算困難となる10種類の問題クラスにわたる1,264の特定のインスタンスを厳選しています。
- Market Split (多次元部分集合和問題): 密な制約行列を持つ困難な二値整数線形計画法(ILP)インスタンス(20～140変数)。
- Low-Autocorrelation Binary Sequences (LABS): レーダーや信号処理に応用される標準的なスピングラスベンチマーク(2～100変数)。
- Minimum Birkhoff Decomposition: 二重確率行列分解で、割り当て構造と濃度目的関数を結合(3～100変数)。
- Steiner Tree Packing: VLSI配線密度と非競合グリッド需要ネットワークのモデル化(16～260万変数)。
- Sports Tournament Scheduling: 高度に制約された総当たりスケジューリングおよび充足問題(408～16,680変数)。
- Portfolio Optimization: 複数期間の取引コスト、空売り、借入制約を組み込んだ金融モデル(711～4,666変数)。
- Maximum Independent Set (MIS): コンパクトなQuadratic Unconstrained Binary Optimization (QUBO)定式化に直接マッピングされる非重み付きグラフ安定性問題(17～4,000変数)。
- Network Design: トラフィックルーティングおよび次数制約付き通信インフラ計画(101～13,249変数)。
- Capacitated Vehicle Routing (CVRP): ルート選択、時間窓、容量制約を組み合わせた物流最適化(441変数)。
- Topology Design (Graph Golf): 低遅延通信アーキテクチャを目標とする次数-直径最適化モデル(22,261～300万変数)。
ハードウェア固有のベンチマークとは異なり、QOBLIBはモデル非依存のアーキテクチャを採用しています。研究者は実行プラットフォームに応じて、問題インスタンスを混合整数計画法(MIP)、整数線形計画法(ILP)、またはQUBO表現として定式化できます。コミュニティの進捗を追跡するため、コンソーシアムはインタラクティブな複雑性ランドスケープの可視化を特徴とする公開ウェブポータルを立ち上げ、インスタンスをサイズと行列密度でマッピングしています。サイトには既知の最良の古典解と量子解のライブレジストリがホストされており、再現可能で公正な報告を保証するためにプルリクエストを検証する自動投稿ビルダーによってサポートされています。
立ち上げ時、ライブラリは24の貢献機関から2,600件を超える投稿を記録しました。初期の貢献者には、産業エンドユーザー(E.ON Digital Technology)、国立スーパーコンピューティングセンター(STFC Hartree Centre、Forschungszentrum Jülich)、学術グループ(National University of Singapore、University of Southern California、City University of Hong Kong)、商用量子ソフトウェアプロバイダー(Q-CTRL、Kipu Quantum、Aqarios、Qunova Computing、ParityQC、JIJ、Qoro Quantum)が含まれます。古典ベースラインの進化する性質を示すものとして、QOBLIBの初期プレプリント公開以降のソルバーの進歩により、解決された最大のMarket Splitインスタンスは60変数から110変数へとほぼ倍増し、量子プロセッサが実用的優位性を主張するために必要な性能目標が引き上げられました。
主導著者のThorsten Koch (ZIB/TU Berlin)とStefan Woerner (IBM Quantum)を含む創設コンソーシアムの研究者による共著として、QOBLIBはハードウェアがスケールするにつれて量子最適化アルゴリズムを評価するためのオープンで進化する標準として機能します。
Nature Computational Science誌の査読済み研究はこちら、インタラクティブなベンチマークポータルと投稿ビルダーはQOBLIBのこちら、プロジェクトの背景はIBM Quantum Blogのこちらでご覧いただけます。
2026年8月15日
