論文の概要: Variational approach to photonic quantum circuits via the parameter shift rule
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.06966v1
- Date: Wed, 9 Oct 2024 15:06:17 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-10-31 23:17:37.999930
- Title: Variational approach to photonic quantum circuits via the parameter shift rule
- Title（参考訳）: パラメータシフト則によるフォトニック量子回路の変分法
- Authors: Francesco Hoch, Giovanni Rodari, Taira Giordani, Paul Perret, Nicolò Spagnolo, Gonzalo Carvacho, Ciro Pentangelo, Simone Piacentini, Andrea Crespi, Francesco Ceccarelli, Roberto Osellame, Fabio Sciarrino,
- Abstract要約: ボソンサンプリングパラダイムに基づく再構成可能な光線形回路のパラメータシフト則の定式化を導出する。
また、変分パラメータ上の積分の計算についても同様の規則を提示する。
我々は、再構成可能な6モード統合干渉計で処理される単一光子状態の変分アルゴリズムを実験的に試験する手法を開発した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: In the current era of noisy intermediate-scale quantum computers, variational quantum algorithms represent one of the most viable approaches for their application to solve tasks of interest. These algorithms train a parameterized quantum circuit to execute a specific task encoded in a cost function that needs to be minimized using a classical optimizer. In this context, photonic platforms based on reconfigurable integrated optics appear as one of the prominent platforms for the implementation of variational algorithms. In the circuital model of quantum computation based on qubits, to train variational circuits, the parameter shift rule came into being, which allows for the exact calculation of the derivatives of many functions at the output of a quantum circuit, opening up the possibility of using classical optimisation algorithms based on gradient descent. In this paper, we derive a formulation of the parameter shift rule for reconfigurable optical linear circuits based on the Boson Sampling paradigm. This allows us to naturally embed the common types of experimental noise, such as partial distinguishability, and mixedness of the states, thus obtaining a resilient approach. We also present similar rules for the computations of integrals over the variational parameters. Finally, we employ the developed approach to experimentally test variational algorithms with single-photon states processed in a reconfigurable 6-mode universal integrated interferometer. Specifically, we apply the photonic parameter shift rules to the variational implementation, on a photonic platform, of both an eigensolver and a Universal-Not gate.
- Abstract（参考訳）: ノイズの多い中間スケール量子コンピュータの時代において、変分量子アルゴリズムは、関心のある問題を解くための最も有効なアプローチの1つである。
これらのアルゴリズムはパラメータ化量子回路を訓練し、古典的なオプティマイザを用いて最小化する必要があるコスト関数で符号化された特定のタスクを実行する。
この文脈では、再構成可能な集積光学に基づくフォトニックプラットフォームが、変分アルゴリズムの実装における主要なプラットフォームの一つとして現れる。
量子ビットに基づく量子計算の回路モデルでは、変分回路を訓練するためにパラメータシフトルールが登場し、量子回路の出力における多くの関数の導関数の正確な計算を可能にし、勾配降下に基づく古典的最適化アルゴリズムの使用の可能性を広げた。
本稿では、ボソンサンプリングのパラダイムに基づく再構成可能な光線形回路のパラメータシフト則の定式化を導出する。
これにより、部分的識別可能性や状態の混合性といった実験ノイズの一般的なタイプを自然に埋め込むことができ、弾力性のあるアプローチが得られます。
また、変分パラメータ上の積分の計算についても同様の規則を提示する。
最後に、再構成可能な6モード統一干渉計で処理された単一光子状態の変分アルゴリズムを実験的に検証する手法を開発した。
具体的には、固有解器とユニバーサル・ノートゲートの両方のフォトニックプラットフォーム上での変分実装にフォトニックパラメータシフトルールを適用する。
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