Λογότυπο Zephyrnet

Στοχαστική προσέγγιση ταυτόχρονης διαταραχής των πληροφοριών Quantum Fisher

Ημερομηνία:

Julien Gacon1,2, Christa Zoufal1,3, Τζουζέπε Καρλέο2και ο Stefan Woerner1

1IBM Quantum, IBM Research – Ζυρίχη, CH-8803 Rüschlikon, Ελβετία
2Ινστιτούτο Φυσικής, École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), CH-1015 Λωζάνη, Ελβετία
3Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής, ETH Ζυρίχη, CH-8092 Zürich, Ελβετία

Βρείτε αυτό το άρθρο ενδιαφέρουσα ή θέλετε να συζητήσετε; Scite ή αφήστε ένα σχόλιο για το SciRate.

Περίληψη

Η μήτρα Quantum Fisher Information Matrix (QFIM) είναι μια κεντρική μέτρηση σε πολλά υποσχόμενους αλγόριθμους, όπως η κβαντική κάθοδος φυσικής κλίσης και η μεταβλητή κβαντική φανταστική εξέλιξη χρόνου. Ωστόσο, ο υπολογισμός του πλήρους QFIM για ένα μοντέλο με παραμέτρους $d$ είναι υπολογιστικά ακριβός και γενικά απαιτεί αξιολογήσεις συναρτήσεων $mathcal{O}(d^2)$. Για να διορθωθεί αυτό το αυξανόμενο κόστος σε χώρους παραμέτρων υψηλών διαστάσεων, προτείνουμε τη χρήση τεχνικών στοχαστικής προσέγγισης ταυτόχρονης διαταραχής για την προσέγγιση του QFIM με σταθερό κόστος. Παρουσιάζουμε τον αλγόριθμο που προκύπτει και τον εφαρμόζουμε με επιτυχία για να προετοιμάσουμε τις βασικές καταστάσεις του Χαμιλτονίου και να εκπαιδεύσουμε τις Μεταβλητές Κβαντικές Μηχανές Boltzmann.

► Δεδομένα BibTeX

► Αναφορές

[1] Alán Aspuru-Guzik, Anthony D. Dutoi, Peter J. Love και Martin Head-Gordon. Προσομοιωμένος Κβαντικός Υπολογισμός Μοριακών Ενεργειών. Science, 309 (5741): 1704–1707, Σεπτέμβριος 2005. 10.1126/​science.1113479.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1113479

[2] Alberto Peruzzo et al. Ένας μεταβλητός επιλύτης ιδιοτιμών σε έναν φωτονικό κβαντικό επεξεργαστή. Nature Communications, 5: 4213, Ιούλιος 2014. 10.1038/​ncomms5213.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms5213

[3] Mari Carmen Bañuls et al. Προσομοίωση θεωριών μετρητών πλέγματος εντός κβαντικών τεχνολογιών. European Physical Journal D, 74 (8): 165, Αύγουστος 2020. 10.1140/​epjd/​e2020-100571-8.
https: / / doi.org/ 10.1140 / epjd / e2020-100571-8

[4] Alejandro Perdomo-Ortiz, Neil Dickson, Marshall Drew-Brook, Geordie Rose και Alán Aspuru-Guzik. Εύρεση διαμορφώσεων χαμηλής ενέργειας μοντέλων πρωτεΐνης πλέγματος με κβαντική ανόπτηση. Scientific Reports, 2: 571, Αύγουστος 2012. 10.1038/​srep00571.
https: / / doi.org/ 10.1038 / srep00571

[5] Mark Fingerhuth, Tomáš Babej και Christopher Ing. Ένας κβαντικός εναλλασσόμενος τελεστής ansatz με σκληρούς και μαλακούς περιορισμούς για αναδίπλωση πρωτεΐνης πλέγματος. arXiv, Οκτώβριος 2018. URL https://arxiv.org/​abs/​1810.13411.
arXiv: 1810.13411

[6] Anton Robert, Παναγιώτης Κλ. Μπαρκούτσος, Stefan Woerner και Ivano Tavernelli. Κβαντικός αλγόριθμος αποδοτικός σε πόρους για αναδίπλωση πρωτεϊνών. npj Quantum Information, 7 (1): 38, Φεβρουαρίου 2021. ISSN 2056-6387. 10.1038/​s41534-021-00368-4.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-021-00368-4

[7] Edward Farhi, Jeffrey Goldstone και Sam Gutmann. Ένας κβαντικός αλγόριθμος βελτιστοποίησης κατά προσέγγιση. arXiv, Νοέμβριος 2014. URL https://arxiv.org/​abs/​1411.4028.
arXiv: 1411.4028

[8] Austin Gilliam, Stefan Woerner και Constantin Gonciulea. Grover Adaptive Search for Constrained Polynomial Binary Optimization. arXiv, Δεκέμβριος 2019. URL https://arxiv.org/​abs/​1912.04088. 10.22331/​q-2021-04-08-428.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-04-08-428
arXiv: 1912.04088

[9] Lee Braine, Daniel J. Egger, Jennifer Glick και Stefan Woerner. Κβαντικοί αλγόριθμοι για Μικτή Δυαδική Βελτιστοποίηση που εφαρμόζονται στην Εκκαθάριση Συναλλαγών. arXiv, Οκτώβριος 2019. URL https://arxiv.org/​abs/​1910.05788. 10.1109/​TQE.2021.3063635.
https: / / doi.org/ 10.1109 / TQE.2021.3063635
arXiv: 1910.05788

[10] J. Gacon, C. Zoufal και S. Woerner. Βελτιστοποίηση βασισμένη σε κβαντική προσομοίωση. Το 2020 IEEE International Conference on Quantum Computing and Engineering (QCE), σελίδες 47–55, 2020. 10.1109/​QCE49297.2020.00017.
https: / / doi.org/ 10.1109 / QCE49297.2020.00017

[11] DJ Egger et al. Κβαντικοί υπολογιστές για τη χρηματοδότηση: τελευταίας τεχνολογίας και μελλοντικές προοπτικές. IEEE Transactions on Quantum Engineering, 1: 1–24, 2020. 10.1109/​TQE.2020.3030314.
https: / / doi.org/ 10.1109 / TQE.2020.3030314

[12] JS Otterbach et al. Μη εποπτευόμενη Μηχανική Εκμάθηση σε Υβριδικό Κβαντικό Υπολογιστή. arXiv, Δεκέμβριος 2017. URL https://arxiv.org/​abs/​1712.05771.
arXiv: 1712.05771

[13] Vojtěch Havlíček et al. Εποπτευόμενη μάθηση με κβαντικά ενισχυμένους χώρους χαρακτηριστικών. Nature, 567 (7747): 209–212, Μάρτιος 2019. 10.1038/​s41586-019-0980-2.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-019-0980-2

[14] Μαρία Σουλντ. Τα μοντέλα κβαντικής μηχανικής μάθησης είναι μέθοδοι πυρήνα. arXiv, Ιανουάριος 2021. URL https://arxiv.org/​abs/​2101.11020.
arXiv: 2101.11020

[15] Nikolaj Moll et al. Κβαντική βελτιστοποίηση με χρήση μεταβλητών αλγορίθμων σε βραχυπρόθεσμες κβαντικές συσκευές. Quantum Science and Technology, 3 (3): 030503, Ιούλιος 2018. 10.1088/​2058-9565/​aab822.
https: / / doi.org/ 10.1088 / 2058-9565 / aab822

[16] Sam McArdle et al. Μεταβλητή κβαντική προσομοίωση με βάση το ansatz της φανταστικής χρονικής εξέλιξης. npj Quantum Information, 5 (1), Σεπ 2019. ISSN 2056-6387. 10.1038/​s41534-019-0187-2.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-019-0187-2

[17] Xiao Yuan, Suguru Endo, Qi Zhao, Ying Li και Simon C. Benjamin. Θεωρία μεταβλητής κβαντικής προσομοίωσης. Quantum, 3: 191, Οκτώβριος 2019. ISSN 2521-327X. 10.22331/q-2019-10-07-191.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-10-07-191

[18] Christa Zoufal, Aurélien Lucchi και Stefan Woerner. Μεταβλητές κβαντικές μηχανές Boltzmann. Quantum Machine Intelligence, 3: 7, 2020. ISSN 2524-4914. 10.1007/​s42484-020-00033-7.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s42484-020-00033-7

[19] Τάκου Ματσούι. Κβαντική στατιστική μηχανική και ημιομάδα Feller. Quantum Probability Communications, 1998. 10.1142/​9789812816054_0004.
https: / / doi.org/ 10.1142 / 9789812816054_0004

[20] Masoud Khalkhali και Matilde Marcolli. Μια πρόσκληση στη μη μεταθετική γεωμετρία. World Scientific, 2008. 10.1142/​6422.
https: / / doi.org/ 10.1142 / 6422

[21] J. Eisert, M. Friesdorf και C. Gogolin. Κβαντικά συστήματα πολλών σωμάτων εκτός ισορροπίας. Nature Physics, 11 (2), 2015. 10.1038/​nphys3215.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys3215

[22] Fernando GSL Brandão et al. Quantum SDP Solvers: Μεγάλες επιταχύνσεις, βελτιστοποίηση και εφαρμογές στην κβαντική μάθηση. arXiv, 2017. URL https://arxiv.org/​abs/​1710.02581.
arXiv: 1710.02581

[23] Mohammad H. Amin, Evgeny Andriyash, Jason Rolfe, Bohdan Kulchytskyy και Roger Melko. Κβαντική μηχανή Boltzmann. Phys. Αναθ. X, 8, 2018. 10.1103/​PhysRevX.8.021050.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.021050

[24] James Stokes, Josh Izaac, Nathan Killoran και Giuseppe Carleo. Κβαντική φυσική κλίση. Quantum, 4: 269, Μάιος 2020. ISSN 2521-327X. 10.22331/​q-2020-05-25-269.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-05-25-269

[25] S. Amari και SC Douglas. Γιατί φυσική κλίση; In Proceedings of the 1998 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing, ICASSP '98 (Cat. No.98CH36181), τόμος 2, σελίδες 1213–1216 vol.2, 1998. 10.1109/1998.675489.
https://doi.org/ 10.1109/ICASSP.1998.675489

[26] JC Spall. Πολυμεταβλητή στοχαστική προσέγγιση με χρήση ταυτόχρονης προσέγγισης κλίσης διαταραχών. IEEE Transactions on Automatic Control, 37 (3): 332–341, 1992. 10.1109/​9.119632.
https: / / doi.org/ 10.1109 / 9.119632

[27] Lingyao Meng και James C. Spall. Αποτελεσματικός υπολογισμός του πίνακα πληροφοριών fisher στον αλγόριθμο em. In 2017 51st Annual Conference on Information Sciences and Systems (CISS), σελίδες 1–6, 2017. 10.1109/​CISS.2017.7926126.
https: / / doi.org/ 10.1109 / CISS.2017.7926126

[28] Α. Cauchy. Γενική μέθοδος επίλυσης συστημάτων ταυτόχρονων εξισώσεων. CR Ακαδ. Sci. Παρίσι, 25: 536–538, 1847. 10.1017/​cbo9780511702396.063.
https: / / doi.org/ 10.1017 / cbo9780511702396.063

[29] JC Spall. Επιταχυνόμενη στοχαστική βελτιστοποίηση δεύτερης τάξης χρησιμοποιώντας μόνο μετρήσεις συναρτήσεων. In Proceedings of the 36th IEEE Conference on Decision and Control, τόμος 2, σελίδες 1417–1424 vol.2, December 1997. 10.1109/​CDC.1997.657661. ISSN: 0191-2216.
https://doi.org/ 10.1109/CDC.1997.657661

[30] Yuan Yao, Pierre Cussenot, Alex Vigneron και Filippo M. Miatto. Βελτιστοποίηση φυσικής κλίσης για οπτικά κβαντικά κυκλώματα. arXiv, Ιούνιος 2021. URL https://arxiv.org/​abs/​2106.13660.
arXiv: 2106.13660

[31] Maria Schuld, Ville Bergholm, Christian Gogolin, Josh Izaac και Nathan Killoran. Αξιολόγηση αναλυτικών κλίσεων σε κβαντικό υλικό. Phys. Rev. A, 99 (3): 032331, Μάρτιος 2019. 10.1103/​PhysRevA.99.032331.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.032331

[32] Johannes Jakob Meyer. Πληροφορίες Fisher σε Noisy Intermediate-Scale Quantum Applications. Quantum, 5: 539, Σεπτέμβριος 2021. ISSN 2521-327X. 10.22331/​q-2021-09-09-539.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-09-09-539

[33] Andrea Mari, Thomas R. Bromley και Nathan Killoran. Εκτίμηση της κλίσης και των παραγώγων υψηλότερης τάξης σε κβαντικό υλικό. Phys. Rev. A, 103 (1): 012405, Jan 2021. 10.1103/​PhysRevA.103.012405.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.103.012405

[34] Χάρι Μπούρμαν, Ρίτσαρντ Κληβ, Τζον Γουάτρους και Ρόναλντ ντε Γουλφ. Κβαντικό δακτυλικό αποτύπωμα. Phys. Rev. Lett., 87 (16): 167902, Σεπ 2001. 10.1103/​PhysRevLett.87.167902.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.87.167902

[35] Lukasz Cincio, Yiğit Subaşı, Andrew T. Sornborger και Patrick J. Coles. Εκμάθηση του κβαντικού αλγορίθμου για την επικάλυψη καταστάσεων. arXiv, Νοέμβριος 2018. URL http://arxiv.org/​abs/​1803.04114. 10.1088/​1367-2630/​aae94a.
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / aae94a
arXiv: 1803.04114

[36] A. Elben, B. Vermersch, CF Roos και P. Zoller. Στατιστικές συσχετίσεις μεταξύ τοπικά τυχαιοποιημένων μετρήσεων: Μια εργαλειοθήκη για την ανίχνευση εμπλοκής σε κβαντικές καταστάσεις πολλών σωμάτων. Phys. Αναθ. A, 99 (5), Μάιος 2019. 10.1103/​PhysRevA.99.052323.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.052323

[37] Kristan Temme, Tobias J. Osborne, Karl Gerd H. Vollbrecht, David Poulin και Frank Verstraete. Δειγματοληψία Quantum Metropolis. Nature, 471, 2011. 10.1038/​nature09770.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature09770

[38] Man-Hong Yung και Alán Aspuru-Guzik. Ένας αλγόριθμος κβαντικής-κβαντικής Μητρόπολης. Proceedings of the National Academy of Sciences, 109 (3), 2012. 10.1073/​pnas.1111758109.
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1111758109

[39] David Poulin και Pawel Wocjan. Δειγματοληψία από τη θερμική κβαντική κατάσταση Gibbs και αξιολόγηση συναρτήσεων διαχωρισμού με κβαντικό υπολογιστή. Phys. Rev. Lett., 103 (22), 2009. 10.1103/​PhysRevLett.103.220502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.103.220502

[40] Mario Motta και κ.ά. Προσδιορισμός ιδιοκαταστάσεων και θερμικών καταστάσεων σε έναν κβαντικό υπολογιστή χρησιμοποιώντας την κβαντική φανταστική εξέλιξη του χρόνου. Nature Physics, 16 (2), 2020. 10.1038/​s41567-019-0704-4.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-019-0704-4

[41] Fernando GSL Brandão και Michael J. Kastoryano. Το πεπερασμένο μήκος συσχέτισης συνεπάγεται αποτελεσματική προετοιμασία των κβαντικών θερμικών καταστάσεων. Communications in Mathematical Physics, 365 (1), 2019. 10.1007/​s00220-018-3150-8.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-018-3150-8

[42] Michael J. Kastoryano και Fernando GSL Brandão. Quantum Gibbs Samplers: The Commuting Case. Communications in Mathematical Physics, 344 (3), 2016. 10.1007/​s00220-016-2641-8.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-016-2641-8

[43] Jingxiang Wu και Timothy H. Hsieh. Μεταβλητή θερμική κβαντική προσομοίωση μέσω διπλών καταστάσεων Thermofield. Phys. Rev. Lett., 123 (22), 2019. 10.1103/​PhysRevLett.123.220502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.220502

[44] Anirban Chowdhury, Guang Hao Low και Nathan Wiebe. Ένας μεταβλητός κβαντικός αλγόριθμος για την προετοιμασία των κβαντικών καταστάσεων Gibbs. arXiv, 2020. URL https://arxiv.org/​abs/​2002.00055.
arXiv: 2002.00055

[45] μ.Χ. McLachlan. Μια μεταβλητή λύση της χρονοεξαρτώμενης εξίσωσης Schrödinger. Molecular Physics, 8 (1), 1964. 10.1080/​00268976400100041.
https: / / doi.org/ 10.1080 / 00268976400100041

[46] Héctor Abraham et al. Qiskit: Ένα πλαίσιο ανοιχτού κώδικα για κβαντικούς υπολογιστές. 2019. 10.5281/​zenodo.2562110.
https: / / doi.org/ 10.5281 / zenodo.2562110

[47] IBM Quantum, 2021. URL https://quantum-computing.ibm.com/​services/​docs/​services/​runtime/​.
https://quantum-computing.ibm.com/​services/​docs/​services/​runtime/​

[48] ​​Sergey Bravyi, Jay M. Gambetta, Antonio Mezzacapo και Kristan Temme. Μειώνοντας τα qubits για την προσομοίωση των φερμιονικών χαμιλτονιανών. arXiv, 2017. URL https://arxiv.org/​abs/​1701.08213.
arXiv: 1701.08213

[49] Abhinav Kandala et al. Αποτελεσματική μεταβλητή κβαντική ιδιολύτη για μικρά μόρια και κβαντικούς μαγνήτες. Nature, 549 (7671): 242–246, Σεπτέμβριος 2017. 10.1038/​nature23879.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature23879

[50] Abhinav Kandala, Kristan Temme, Antonio D. Corcoles, Antonio Mezzacapo, Jerry M. Chow και Jay M. Gambetta. Ο μετριασμός σφαλμάτων επεκτείνει την υπολογιστική εμβέλεια ενός θορυβώδους κβαντικού επεξεργαστή. Nature, 567 (7749): 491–495, Μάρτιος 2019. 10.1038/​s41586-019-1040-7.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-019-1040-7

[51] Jonas M. Kübler, Andrew Arrasmith, Lukasz Cincio και Patrick J. Coles. Ένα προσαρμοστικό εργαλείο βελτιστοποίησης για αλγόριθμους μεταβλητών μετρήσεων. Quantum, 4: 263, Μάιος 2020. ISSN 2521-327X. 10.22331/​q-2020-05-11-263.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-05-11-263

Αναφέρεται από

[1] Tobias Haug, Kishor Bharti και MS Kim, «Χωρητικότητα και κβαντική γεωμετρία παραμετρικών κβαντικών κυκλωμάτων», arXiv: 2102.01659.

[2] Johannes Jakob Meyer, «Fisher Information in Noisy Intermediate-Scale Quantum Applications», arXiv: 2103.15191.

[3] Tobias Haug και MS Kim, «Βέλτιστη εκπαίδευση παραλλακτικών κβαντικών αλγορίθμων χωρίς άγονα οροπέδια», arXiv: 2104.14543.

[4] Tobias Haug και MS Kim, «Φυσικό παραμετροποιημένο κβαντικό κύκλωμα», arXiv: 2107.14063.

[5] Martin Larocca, Nathan Ju, Diego García-Martín, Patrick J. Coles και M. Cerezo, «Theory of overparametrization in quantum νευρωνικά δίκτυα», arXiv: 2109.11676.

[6] Christa Zoufal, David Sutter και Stefan Woerner, «Error Bounds for Variational Quantum Time Evolution», arXiv: 2108.00022.

[7] Anna Lopatnikova και Minh-Ngoc Tran, «Quantum Natural Gradient for Variational Bayes», arXiv: 2106.05807.

Οι παραπάνω αναφορές είναι από SAO / NASA ADS (τελευταία ενημέρωση επιτυχώς 2021-10-23 12:31:38). Η λίστα μπορεί να είναι ελλιπής, καθώς δεν παρέχουν όλοι οι εκδότες τα κατάλληλα και πλήρη στοιχεία αναφοράς.

On Η υπηρεσία παραπομπής του Crossref δεν βρέθηκαν δεδομένα σχετικά με την αναφορά έργων (τελευταία προσπάθεια 2021-10-23 12:31:36).

Πλάτωνας. Επανεκτίμησε το Web3. Ενισχυμένη ευφυΐα δεδομένων.
Κάντε κλικ εδώ για πρόσβαση.

Πηγή: https://quantum-journal.org/papers/q-2021-10-20-567/

spot_img

Τελευταία Νοημοσύνη

spot_img