論文の概要: A Unified Theory of Barren Plateaus for Deep Parametrized Quantum
Circuits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.09342v2
- Date: Wed, 20 Sep 2023 20:45:02 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-09-22 11:49:04.641608
- Title: A Unified Theory of Barren Plateaus for Deep Parametrized Quantum
Circuits
- Title(参考訳): 深いパラメタライズド量子回路のためのバレンプラトーの統一理論
- Authors: Michael Ragone, Bojko N. Bakalov, Fr\'ed\'eric Sauvage, Alexander F.
Kemper, Carlos Ortiz Marrero, Martin Larocca, and M. Cerezo
- Abstract要約: 変分量子コンピューティングスキームは、その多目的性と、短期量子デバイスを実用的に活用する可能性から、かなりの注目を集めている。
これらのモデルは、パラメータ化された量子回路を通じて初期状態を送り、回路の出力で演算子の期待値を評価することによって損失関数を訓練する。
それらの約束にもかかわらず、これらのアルゴリズムの練習性は、パラメトリック化量子回路の表現性、入力データの絡み合い、観測可能な局所性、ハードウェアノイズの存在によって引き起こされる不規則なプラトーによって妨げられる。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 37.84307089310829
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Variational quantum computing schemes have received considerable attention
due to their high versatility and potential to make practical use of near-term
quantum devices. At their core, these models train a loss function by sending
an initial state through a parametrized quantum circuit, and evaluating the
expectation value of some operator at the circuit's output. Despite their
promise, the trainablity of these algorithms is hindered by barren plateaus
induced by the expressiveness of the parametrized quantum circuit, the
entanglement of the input data, the locality of the observable, or the presence
of hardware noise. Up to this point, these sources of barren plateaus have been
regarded as independent and have been studied only for specific circuit
architectures. In this work, we present a general Lie algebraic theory that
provides an exact expression for the variance of the loss function of
sufficiently deep parametrized quantum circuits, even in the presence of
certain noise models. Our results unify under one single framework all
aforementioned sources of barren plateaus by leveraging generalized (and
subsystem independent) notions of entanglement and operator locality, as well
as generalized notions of algebraic decoherence due to noise. This theoretical
leap resolves a standing conjecture about a connection between loss
concentration and the dimension of the Lie algebra of the generators of the
parametrized circuit.
- Abstract(参考訳): 変分量子コンピューティングスキームは、高い汎用性と、短期量子デバイスを実用化する可能性から、かなりの注目を集めている。
これらのモデルは、パラメータ化された量子回路を通じて初期状態を送信し、回路の出力で演算子の期待値を評価することで損失関数を訓練する。
それらの約束にもかかわらず、これらのアルゴリズムの練習性は、パラメトリック化量子回路の表現性、入力データの絡み合い、観測可能な局所性、ハードウェアノイズの存在によって引き起こされる不規則なプラトーによって妨げられる。
この時点まで、これらの不毛の台地は独立したものとされ、特定の回路構造のためにのみ研究されてきた。
本研究では,特定のノイズモデルが存在する場合でも,十分に深いパラメータ化された量子回路の損失関数の分散の正確な表現を提供する一般リー代数理論を提案する。
この結果は, エンタングルメントと作用素の局所性という一般化された(およびサブシステムに依存しない)概念と, ノイズによる代数的デコヒーレンスの概念を活用することによって, 上記のバレンプラトーのすべての源を単一の枠組みで統一する。
この理論的な跳躍は、パラメトリズド回路の生成元の損失集中度とリー代数の次元の間の関係に関する定在予想を解決している。
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