1Viện Tin học Ứng dụng và Lý thuyết, Viện Hàn lâm Khoa học Ba Lan, Bałtycka 5, 44-100 Gliwice, Ba Lan
2Khoa Khoa học Máy tính, Đại học College London, WC1E 6BT London, Vương quốc Anh
3Rahko Limited, N4 3JP Luân Đôn, Vương quốc Anh
4Công ty TNHH Điện toán Lượng tử Cambridge, CB2 1UB Cambridge, Vương quốc Anh
Tìm bài báo này thú vị hay muốn thảo luận? Scite hoặc để lại nhận xét về SciRate.
Tóm tắt
Chúng tôi đề xuất một phương pháp hiệu quả để tối ưu hóa đồng thời cả cấu trúc và giá trị tham số của mạch lượng tử chỉ với chi phí tính toán nhỏ. Các mạch nông sử dụng tối ưu hóa cấu trúc hoạt động tốt hơn đáng kể so với các mạch chỉ sử dụng cập nhật tham số, khiến phương pháp này đặc biệt phù hợp với các máy tính lượng tử ồn ào quy mô trung bình. Chúng tôi trình bày phương pháp tối ưu hóa bộ giải riêng lượng tử biến thiên để tìm trạng thái cơ bản của mô hình Lithium Hydride và Heisenberg trong mô phỏng cũng như tìm trạng thái cơ bản của khí Hydro trên máy tính lượng tử IBM Melbourne.
► Dữ liệu BibTeX
► Tài liệu tham khảo
[1] Alberto Peruzzo, Jarrod McClean, Peter Shadbolt, Man-Hong Yung, Xiao-Qi Zhou, Peter J. Love, Alán Aspuru-Guzik và Jeremy L. O'Brien, “Một bộ giải giá trị eigenval thay đổi trên bộ xử lý lượng tử quang tử” Nature Communications 5, 4213 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms5213
[2] E. Farhi, J. Goldstone, S. Gutmann và H. Neven, “Thuật toán lượng tử cho kiến trúc Qubit cố định” (2017).
arXiv: 1703.06199
[3] Edward Farhiand Hartmut Neven “Phân loại bằng mạng thần kinh lượng tử trên bộ xử lý ngắn hạn” (2018).
arXiv: 1802.06002
[4] Marcello Benedetti, Delfina Garcia-Pintos, Oscar Perdomo, Vicente Leyton-Ortega, Yunseong Nam và Alejandro Perdomo-Ortiz, “Một cách tiếp cận mô hình tổng quát để đo điểm chuẩn và đào tạo các mạch lượng tử nông” npj Thông tin lượng tử 5 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41534-019-0157-8
[5] Marcello Benedetti, Edward Grant, Leonard Wossnig và Simone Severini, “Học mạch lượng tử đối nghịch để xấp xỉ trạng thái thuần túy” Tạp chí Vật lý mới 21, 043023 (2019).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/ab14b5
[6] Hongxiang Chen, Leonard Wossinig, Simone Severini, Hartmut Neven và Masoud Mohseni, “Mạng lưới thần kinh lượng tử phân biệt đối xử phổ quát” (2018).
arXiv: 1805.08654
[7] Edward Grant, Marcello Benedetti, Shuxiang Cao, Andrew Hallam, Joshua Lockhart, Vid Stojevic, Andrew G Green và Simone Severini, “Bộ phân loại lượng tử phân cấp” npj Thông tin lượng tử 4, 1–8 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41534-018-0116-9
[8] Marcello Benedetti, Erika Lloyd, Stefan Sack và Mattia Fiorentini, “Mạch lượng tử được tham số hóa như mô hình học máy” Khoa học và Công nghệ Lượng tử 4, 043001 (2019).
https://doi.org/10.1088/2058-9565/ab4eb5
[9] K. Mitarai, M. Negoro, M. Kitagawa và K. Fujii, “Học mạch lượng tử” Phys. Mục sư A 98, 032309 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.032309
[10] Abhinav Kandala, Antonio Mezzacapo, Kristan Temme, Maika Takita, Markus Brink, Jerry M. Chow, và Jay M. Gambetta, “Máy đo điện tử lượng tử biến thiên hiệu quả về phần cứng cho các phân tử nhỏ và nam châm lượng tử” Nature 549, 242–246 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / thiên nhiên23879
[11] Kosuke Mitarai, Tennin Yan và Keisuke Fujii, “Tổng quát hóa đầu ra của bộ giải mã riêng lượng tử biến thiên bằng phép nội suy tham số với Ansatz độ sâu thấp” Phys. Rev. Áp dụng ngày 11, 044087 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.11.044087
[12] Artur F. Izmaylov, Tzu-Ching Yen và Ilya G. Ryabinkin, “Sửa đổi quá trình đo trong bộ giải riêng lượng tử biến thiên: liệu có thể giảm số lượng toán tử được đo riêng biệt không?” Chem. Khoa học. 10, 3746–3755 (2019).
https:///doi.org/10.1039/C8SC05592K
[13] Edward Grant, Leonard Wossnig, Mateusz Ostaszewski và Marcello Benedetti, “Một chiến lược khởi tạo để giải quyết các cao nguyên cằn cỗi trong các mạch lượng tử được tham số hóa” Quantum 3, 214 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-12-09-214
[14] Rui Li, Unai Alvarez-Rodriguez, Lucas Lamata và Enrique Solano, “Bộ cộng lượng tử gần đúng với thuật toán di truyền: Trải nghiệm lượng tử của IBM” Phép đo lượng tử và Đo lường lượng tử 4, 1 –7 (26 tháng 2017 năm XNUMX).
https: / / doi.org/ 10.1515 / qmetro-2017-0001
https:///www.degruyter.com/view/journals/qmetro/4/1/article-p1.xml
[15] Harper R. Grimsley, Sophia E. Economou, Edwin Barnes và Nicholas J. Mayhall, “Thuật toán biến thiên thích ứng để mô phỏng phân tử chính xác trên máy tính lượng tử” Nature Communications 10 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41467-019-10988-2
[16] Ken M. Nak Biếni, Keisuke Fujii và Synge Todo, “Tối ưu hóa tối thiểu tuần tự cho các thuật toán lai lượng tử-cổ điển” Phys. Nghiên cứu Rev. 2, 043158 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.043158
[17] Robert M. Parrish, Joseph T. Iosue, Asier Ozaeta và Peter L. McMahon, “Thuật toán đường chéo Jacobi và gia tốc Anderson để tối ưu hóa tham số thuật toán lượng tử biến thiên” (2019).
arXiv: 1904.03206
[18] DP Bertsekas “Lập trình phi tuyến” Athena Scientific (1999).
[19] Ankan Sahaand Ambuj Tewari “Về sự hội tụ thời gian hữu hạn của các phương pháp giảm tọa độ tuần hoàn” (2010).
arXiv: 1005.2146
[20] Stephen J Wright “Thuật toán gốc tọa độ” Lập trình toán học 151, 3–34 (2015).
https://doi.org/10.1007/s10107-015-0892-3
[21] Jarrod R. McClean, Sergio Boixo, Vadim N. Smelyanskiy, Ryan Babbush và Hartmut Neven, “Các cao nguyên cằn cỗi trong cảnh quan đào tạo mạng nơ-ron lượng tử” Nature Communications 9 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-07090-4
[22] Héctor Abraham, Ismail Yunus Akhalwaya, Gadi Aleksandrowicz, Thomas Alexander, Eli Arbel, Abraham Asfaw, Carlos Azaustre, Panagiotis Barkoutsos, George Barron và Luciano Bello, “Qiskit: Khung nguồn mở cho máy tính lượng tử” (2019).
https: / / doi.org/ 10.5281 / zenodo.2562110
[23] Sukin Sim, Peter D. Johnson và Alán Aspuru-Guzik, “Khả năng biểu đạt và khả năng vướng víu của các mạch lượng tử tham số cho các thuật toán lượng tử-cổ điển lai” Advanced Quantum Technologies 2, 1900070 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1002 / qute.201900070
[24] JC Spall “Xấp xỉ ngẫu nhiên đa biến sử dụng xấp xỉ độ dốc nhiễu loạn đồng thời” Giao dịch IEEE về Điều khiển tự động 37, 332–341 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1109 / 9.119632
[25] Diederik P. Kingmaand Jimmy Ba “Adam: Phương pháp tối ưu hóa ngẫu nhiên” (2014).
arXiv: 1412.6980
[26] Anders Sørensenand Klaus Mølmer “Tính toán lượng tử với các ion trong chuyển động nhiệt” Phys. Linh mục Lett. 82, 1971–1974 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.82.1971
[27] Norbert M. Linke, Dmitri Maslov, Martin Roetteler, Shantanu Debnath, Caroline Figgatt, Kevin A. Landsman, Kenneth Wright, và Christopher Monroe, “So sánh thực nghiệm của hai kiến trúc điện toán lượng tử” Kỷ yếu của Học viện Khoa học Quốc gia 114, 3305–3310 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1618020114
https: / / www.pnas.org/ content / 114/13/3305
Trích dẫn
[1] Sam McArdle, Suguru Endo, Alán Aspuru-Guzik, Simon C. Benjamin và Xiao Yuan, "Hóa học tính toán lượng tử", Nhận xét của Vật lý hiện đại 92 1, 015003 (2020).
[2] Ken M. Nak Biếni, Keisuke Fujii và Synge Todo, “Tối ưu hóa tối thiểu tuần tự cho các thuật toán lai lượng tử-cổ điển”, Nghiên cứu đánh giá vật lý 2 4, 043158 (2020).
[3] Marcello Benedetti, Erika Lloyd, Stefan Sack và Mattia Fiorentini, “Các mạch lượng tử được tham số hóa như các mô hình học máy”, Khoa học và Công nghệ Lượng tử 4 4, 043001 (2019).
[4] I. Rungger, N. Fitzpatrick, H. Chen, CH Alderete, H. Apel, A. Cowtan, A. Patterson, D. Munoz Ramo, Y. Zhu, NH Nguyen, E. Grant, S. Chretien, L. Wossinig, NM Linke và R. Duncan, “Thuật toán lý thuyết trường trung bình động và thử nghiệm trên máy tính lượng tử”, arXiv: 1910.04735.
[5] Chris Cade, Lana Mineh, Ashley Montanaro và Stasja Stanisic, “Các chiến lược giải quyết mô hình Fermi-Hubbard trên máy tính lượng tử ngắn hạn”, Đánh giá vật lý B 102 23, 235122 (2020).
[6] Arthur G. Rattew, Shaohan Hu, Marco Pistoia, Richard Chen và Steve Wood, “Một bộ giải mã lượng tử biến đổi tiến hóa theo miền bất khả tri, chống ồn, hiệu quả về phần cứng”, arXiv: 1910.09694.
[7] Maria Schuld, Ryan Sweke và Johannes Jakob Meyer, “Ảnh hưởng của mã hóa dữ liệu đến sức mạnh biểu đạt của các mô hình học máy lượng tử biến đổi”, arXiv: 2008.08605.
[8] David Wierichs, Christian Gogolin và Michael Kastoryano, "Tránh cực tiểu cục bộ trong bộ giải phóng điện tử lượng tử biến thiên với trình tối ưu hóa gradient tự nhiên", Nghiên cứu đánh giá vật lý 2 4, 043246 (2020).
[9] Youle Wang, Quảng Tây Li và Xin Wang, “Chuẩn bị trạng thái Gibbs lượng tử biến thiên với chuỗi Taylor rút gọn”, arXiv: 2005.08797.
[10] D. Chivilikhin, A. Samarin, V. Ulyantsev, I. Iorsh, AR Oganov, và O. Kyriienko, “MoG-VQE: Máy đo lượng tử lượng tử biến thiên đa mục tiêu”, arXiv: 2007.04424.
[11] Bálint Koczor và Simon C. Benjamin, “Xuất thân phân tích lượng tử”, arXiv: 2008.13774.
[12] Tatiana A. Bespalova và Oleksandr Kyriienko, “Xấp xỉ toán tử Hamilton để đo năng lượng và chuẩn bị trạng thái cơ bản”, arXiv: 2009.03351.
[13] Ryan LaRose và Brian Coyle, "Mã hóa dữ liệu mạnh mẽ cho bộ phân loại lượng tử", Đánh giá vật lý A 102 3, 032420 (2020).
[14] Fergus Barratt, James Dborin, Matthias Bal, Vid Stojevic, Frank Pollmann và Andrew G. Green, “Mô phỏng lượng tử song song của các hệ thống lớn trên máy tính lượng tử nhỏ”, arXiv: 2003.12087.
[15] Xin Wang, Zhixin Song và Youle Wang, “Phân tích giá trị số ít lượng tử biến thiên”, arXiv: 2006.02336.
[16] Sukin Sim, Jonathan Romero, Jerome F. Gonthier và Alexander A. Kunitsa, “Tối ưu hóa dựa trên việc cắt tỉa thích ứng của các mạch lượng tử được tham số hóa”, arXiv: 2010.00629.
[17] Sheng-Hsuan Lin, Rohit Dilip, Andrew G. Green, Adam Smith và Frank Pollmann, “Sự tiến hóa trong thời gian thực và tưởng tượng với các mạch lượng tử nén”, arXiv: 2008.10322.
[18] Hongxiang Chen, Michael Vasmer, Nikolas P. Breuckmann và Edward Grant, “Cổng logic học máy để sửa lỗi lượng tử”, arXiv: 1912.10063.
[19] Marcello Benedetti, Mattia Fiorentini và Michael Lubasch, “Thuật toán lượng tử biến đổi hiệu quả phần cứng cho sự tiến hóa theo thời gian”, arXiv: 2009.12361.
[20] Shi-Xin Zhang, Chang-Yu Hsieh, Shengyu Zhang và Hong Yao, “Tìm kiếm kiến trúc lượng tử khác biệt”, arXiv: 2010.08561.
[21] Oinam Romesh Meitei, Bryan T. Gard, George S. Barron, David P. Pappas, Sophia E. Economou, Edwin Barnes và Nicholas J. Mayhall, “Chuẩn bị trạng thái không có cổng cho mô phỏng bộ giải lượng tử biến thiên nhanh: ctrl -VQE”, arXiv: 2008.04302.
[22] Shuxiang Cao, Leonard Wossing, Brian Vlastakis, Peter Leek và Edward Grant, “Nhúng hàm chi phí và mã hóa tập dữ liệu cho máy học với các mạch lượng tử tham số hóa”, Đánh giá vật lý A 101 5, 052309 (2020).
[23] Soumik Adhikary, “Thuật toán đào tạo hỗ trợ Entanglement cho các bộ phân loại lượng tử được giám sát”, arXiv: 2006.13302.
[24] Andrew Patterson, Hongxiang Chen, Leonard Wossnig, Simone Severini, Dan Browne và Ivan Rungger, “Phân biệt trạng thái lượng tử bằng cách sử dụng mạng lưới thần kinh lượng tử ồn ào”, Nghiên cứu đánh giá vật lý 3 1, 013063 (2021).
[25] Mohammad Pirhooshyaran và Tamas Terlaky, “Tìm kiếm thiết kế mạch lượng tử”, arXiv: 2012.04046.
[26] Kishor Bharti, Alba Cervera-Lierta, Thi Ha Kyaw, Tobias Haug, Sumner Alperin-Lea, Abhinav Anand, Matthias Degroote, Hermanni Heimonen, Jakob S. Kottmann, Tim Menke, Wai-Keong Mok, Sukin Sim, Leong- Chuan Kwek và Alán Aspuru-Guzik, “Các thuật toán lượng tử quy mô trung gian (NISQ) ồn ào”, arXiv: 2101.08448.
[27] Shu Kanno, “Tối ưu hóa đường phản ứng hóa học thông qua việc tạo hình học phân tử bằng mạch lượng tử”, arXiv: 2009.06803.
[28] Jules Tilly, Glenn Jones, Hongxiang Chen, Leonard Wossinig và Edward Grant, “Tính toán các trạng thái kích thích phân tử trên máy tính lượng tử IBM bằng cách sử dụng bộ giải riêng lượng tử biến phân phân biệt đối xử”, Đánh giá vật lý A 102 6, 062425 (2020).
[29] Andrea Mari, Thomas R. Bromley và Nathan Killoran, "Ước tính gradient và các dẫn xuất bậc cao trên phần cứng lượng tử", Đánh giá vật lý A 103 1, 012405 (2021).
[30] Santosh Kumar Radha, “Định giá tùy chọn lượng tử bằng cách sử dụng tiến hóa thời gian tưởng tượng xoay của Bấc”, arXiv: 2101.04280.
[31] Zhide Lu, Pei-Xin Shen và Dong-Ling Deng, “Sự tiến hóa thần kinh lượng tử Markovian cho học máy”, arXiv: 2012.15131.
[32] Brian Coyle, Mina Doosti, Elham Kashefi và Niraj Kumar, “Nhân bản lượng tử biến đổi: Cải thiện tính thực tiễn cho phân tích lượng tử”, arXiv: 2012.11424.
Các trích dẫn trên là từ SAO / NASA ADS (cập nhật lần cuối thành công 2021 / 01-31 02:01:02). Danh sách có thể không đầy đủ vì không phải tất cả các nhà xuất bản đều cung cấp dữ liệu trích dẫn phù hợp và đầy đủ.
On Dịch vụ trích dẫn của Crossref không có dữ liệu về các công việc trích dẫn được tìm thấy (lần thử cuối cùng 2021 / 01-31 02:01:00).
Bài viết này được xuất bản trong Lượng tử dưới Creative Commons Ghi công 4.0 Quốc tế (CC BY 4.0) giấy phép. Bản quyền vẫn thuộc về chủ sở hữu bản quyền gốc như các tác giả hoặc tổ chức của họ.
Nguồn: https://quantum-journal.org/ con / q-2021 / 01-28-391 /
