論文の概要: Topology-Driven Quantum Architecture Search Framework
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.14265v2
- Date: Mon, 16 Jun 2025 03:21:15 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-06-17 19:42:49.115382
- Title: Topology-Driven Quantum Architecture Search Framework
- Title（参考訳）: トポロジ駆動量子アーキテクチャ検索フレームワーク
- Authors: Junjian Su, Jiacheng Fan, Shengyao Wu, Guanghui Li, Sujuan Qin, Fei Gao,
- Abstract要約: トポロジー駆動量子アーキテクチャサーチ(TD-QAS)
トポロジー駆動量子アーキテクチャサーチ(TD-QAS)
トポロジー駆動量子アーキテクチャサーチ(TD-QAS)
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.9862856321580895
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The limitations of Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) devices have motivated the development of Variational Quantum Algorithms (VQAs), which are designed to potentially achieve quantum advantage for specific tasks. Quantum Architecture Search (QAS) algorithms play a critical role in automating the design of high-performance Parameterized Quantum Circuits (PQCs) for VQAs. However, existing QAS approaches struggle with large search spaces, leading to substantial computational overhead when optimizing large-scale quantum circuits. Extensive empirical analysis reveals that circuit topology has a greater impact on quantum circuit performance than gate types. Based on this insight, we propose the Topology-Driven Quantum Architecture Search (TD-QAS) framework, which first identifies optimal circuit topologies and then fine-tunes the gate types. In the fine-tuning phase, the QAS inherits parameters from the topology search phase, eliminating the need for training from scratch. By decoupling the large search space into separate topology and gate-type components, TD-QAS avoids exploring gate configurations within low-performance topologies, thereby significantly reducing computational complexity. Numerical simulations across various tasks, under both noiseless and noisy conditions, validate the effectiveness of the TD-QAS framework. This framework advances standard QAS algorithms by enabling the identification of high-performance quantum circuits while minimizing computational demands. These findings indicate that TD-QAS deepens our understanding of VQAs and offers broad potential for the development of future QAS algorithms.
- Abstract（参考訳）: Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) デバイスの限界は、特定のタスクに対する量子優位性を達成するために設計された変分量子アルゴリズム(VQA)の開発を動機付けている。
量子アーキテクチャ探索(QAS)アルゴリズムは、VQAのための高性能パラメタライズド量子回路(PQC)の設計を自動化する上で重要な役割を果たす。
しかし、既存のQASアプローチは大規模な探索空間に苦しむため、大規模量子回路を最適化する際の計算オーバーヘッドはかなり大きい。
広汎な経験分析により、回路トポロジーはゲートタイプよりも量子回路性能に大きな影響を及ぼすことが明らかとなった。
この知見に基づいて,まず最適な回路トポロジを特定し,ゲートタイプを微調整するトポロジ駆動量子アーキテクチャ探索(TD-QAS)フレームワークを提案する。
微調整フェーズでは、QASはトポロジ検索フェーズからパラメータを継承し、スクラッチからトレーニングを不要にする。
TD-QASは、大きな探索空間を別個のトポロジとゲート型コンポーネントに分離することにより、低パフォーマンストポロジ内のゲート構成の探索を回避し、計算複雑性を大幅に低減する。
TD-QASフレームワークの有効性を検証するため, 各種タスクの数値シミュレーションを行った。
このフレームワークは、計算要求を最小化しながら高性能量子回路の識別を可能にすることで、標準的なQASアルゴリズムを進化させる。
これらの結果は、TD-QASがVQAの理解を深め、将来のQASアルゴリズムの開発に幅広い可能性をもたらすことを示唆している。
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