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Descrição Detalhada da Publicação
USE2QUBO: A USE plugin for Model-Driven QUBO Formulation
MODELS Companion '26: Proceedings of the ACM/IEEE 29th International Conference on Model Driven Engineering Languages and Systems
Ano (publicação definitiva)
2026
Língua
Inglês
País
Estados Unidos da América
Mais Informação
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Abstract/Resumo
Formulating combinatorial optimisation problems for quantum hardware usually requires encoding conditions as QUBO penalty terms, a task demanding expertise most domain practitioners lack. Despite this difficulty, no tool-assisted method exists to translate a domain model into a QUBO formulation, so practitioners must still hand-craft their hamiltonians.
We address this gap with USE2QUBO, a plugin for USE OCL, a Unified Modelling Language (UML)-based specification environment that automates Quadratic Unconstrained Binary Optimisation (QUBO) hamiltonians and Q matrix derivation directly from a domain model, applying AutoQUBO sampling against USE’s own OCL evaluator.
Object Constraint Language (OCL) invariants, written at the level of domain entities, map to QUBO penalty terms via a systematic sampling method heavily inspired by the work in AutoQUBO [13], without requiring expertise at the modelling stage.
We applied the plugin to two structurally different proof-of-concept problems: a waste collection routing problem and a maximum clique selection problem to demonstrate how the plugin generated hamiltonians for each problem.
All OCL invariants from each example scenario are validated with the USE tool [11]; both problems were able to map to QUBO hamiltonians, and both Q matrices were derived by the plugin with no coding required.
Our approach raises the abstraction level above code-level tools and allows domain experts with some software engineering background to derive QUBO expressions from their domain-specific problems by leveraging software modelling and OCL.
Agradecimentos/Acknowledgements
We want to thank the authors of [13, 14], since their work was crucial in enabling the plugin's development and approach.
Palavras-chave
USE,OCL,QUBO,quantum modelling,model-driven engineering,combinatorial optimisation,VRP,waste collection routing,maximum clique,smart cities
Classificação Fields of Science and Technology
- Ciências da Computação e da Informação - Ciências Naturais
- Engenharia Eletrotécnica, Eletrónica e Informática - Engenharia e Tecnologia
Registos de financiamentos
| Referência de financiamento | Entidade Financiadora |
|---|---|
| UID/04466/2025 | Portuguese Foundation for Science and Technology |
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