論文の概要: Protocols for classically training quantum generative models on probability distributions

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2210.13442v2
• Date: Fri, 6 Oct 2023 13:14:06 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-10-13 15:58:20.823847
• Title: Protocols for classically training quantum generative models on probability distributions
• Title（参考訳）: 確率分布に関する量子生成モデルの古典的学習のためのプロトコル
• Authors: Sachin Kasture, Oleksandr Kyriienko, Vincent E. Elfving
• Abstract要約: 量子生成モデリング(QGM)は、量子状態を作成し、サンプルを隠れた(あるいは既知の)確率分布として生成することに依存する。 そこで本研究では,QGMの高速勾配を考慮した回路に基づく古典的学習手法を提案する。 通常のデスクトップコンピュータ上で最大30キュービットの確率分布を用いたIQP回路のエンドツーエンドのトレーニングを数値的に示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 17.857341127079305
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum Generative Modelling (QGM) relies on preparing quantum states and generating samples from these states as hidden - or known - probability distributions. As distributions from some classes of quantum states (circuits) are inherently hard to sample classically, QGM represents an excellent testbed for quantum supremacy experiments. Furthermore, generative tasks are increasingly relevant for industrial machine learning applications, and thus QGM is a strong candidate for demonstrating a practical quantum advantage. However, this requires that quantum circuits are trained to represent industrially relevant distributions, and the corresponding training stage has an extensive training cost for current quantum hardware in practice. In this work, we propose protocols for classical training of QGMs based on circuits of the specific type that admit an efficient gradient computation, while remaining hard to sample. In particular, we consider Instantaneous Quantum Polynomial (IQP) circuits and their extensions. Showing their classical simulability in terms of the time complexity, sparsity and anti-concentration properties, we develop a classically tractable way of simulating their output probability distributions, allowing classical training to a target probability distribution. The corresponding quantum sampling from IQPs can be performed efficiently, unlike when using classical sampling. We numerically demonstrate the end-to-end training of IQP circuits using probability distributions for up to 30 qubits on a regular desktop computer. When applied to industrially relevant distributions this combination of classical training with quantum sampling represents an avenue for reaching advantage in the NISQ era.
• Abstract（参考訳）: qgm(quantum generative modelling)は、量子状態の生成とそれらの状態からのサンプル生成を隠れた確率分布として依存する。 ある種の量子状態(回路)の分布は古典的にはサンプリングが難しいため、QGMは量子超越実験において優れたテストベッドである。 さらに、生成タスクは産業用機械学習アプリケーションにますます関係しているため、QGMは実用的な量子優位性を示す強力な候補である。 しかし、これには量子回路を工業的に関連のある分布を表すように訓練することが必要であり、それに対応する訓練段階は現在の量子ハードウェアの訓練コストが膨大である。 そこで本研究では,効率的な勾配計算を行う特定のタイプの回路をベースとしたQGMの古典的訓練のためのプロトコルを提案する。 特に、Instantaneous Quantum Polynomial(IQP)回路とその拡張について考察する。 時間的複雑性, 疎度, 反集束特性の観点から, それらの古典的シミュラビリティを示すことによって, 出力確率分布をシミュレートし, 古典的トレーニングを目標確率分布にすることができる。 IQPの量子サンプリングは、古典的なサンプリングとは異なり、効率的に行うことができる。 デスクトップコンピュータ上で最大30キュービットの確率分布を用いたiqp回路のエンドツーエンドトレーニングを数値的に示す。 産業的に関係のある分布に適用すると、古典的なトレーニングと量子サンプリングの組み合わせは、NISQ時代に優位に立つための道のりである。

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