論文の概要: A Survey of Quantum Transformers: Approaches, Advantages, Challenges, and Future Directions
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.03192v1
- Date: Fri, 04 Apr 2025 05:40:18 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-04-14 20:34:19.251431
- Title: A Survey of Quantum Transformers: Approaches, Advantages, Challenges, and Future Directions
- Title（参考訳）: 量子変換器に関するサーベイ:アプローチ,アドバンテージ,課題,今後の方向性
- Authors: Hui Zhang, Qinglin Zhao,
- Abstract要約: 量子トランスモデル(Quantum Transformer Model)は、量子機械学習(QML)における重要な研究方向を表す。
PQCベースのTransformerモデルは、現在の研究の主要な焦点である。
量子線形代数(QLA)ベースのトランスフォーマーモデルは、将来のフォールトトレラント量子コンピューティングに依存している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.5871385953824855
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum Transformer models represent a significant research direction in quantum machine learning (QML), leveraging the parallelism and entanglement properties of quantum computing to overcome the computational complexity and expressive limitations of classical Transformers. Parameterized quantum circuit (PQC)-based Transformer models are the primary focus of current research, employing PQCs to achieve varying degrees of quantumization, including strategies such as QKV-only Quantum mapping, Quantum Pairwise Attention, Quantum Global Attention, and Quantum-Assisted Acceleration. These approaches are well-suited to Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) devices, demonstrating potential in small-scale tasks to reduce complexity or enhance performance. The strength of PQC-based methods lies in their compatibility with existing quantum hardware, positioning them as the main pathway toward the practical implementation of quantum Transformers. However, these methods face challenges such as limited scalability, the absence of standardized testing benchmarks, and the "barren plateau" problem during training. As a complementary approach, Quantum Linear Algebra (QLA)-based Transformer models rely on future fault-tolerant quantum computing, utilizing techniques like block-encoding and Quantum Singular Value Transformation (QSVT) to achieve efficient matrix operations and theoretically significant complexity reductions, though they remain in the theoretical exploration stage. Future research should prioritize optimizing PQC-based hybrid architectures and quantum global attention models, establishing unified evaluation frameworks, and addressing training difficulties, while also exploring hybrid PQC-QLA approaches to advance the development of quantum Transformers.
- Abstract（参考訳）: 量子トランスフォーマーモデル(Quantum Transformer model)は量子機械学習(QML)において、量子コンピューティングの並列性と絡み合い特性を利用して、古典的なトランスフォーマーの計算複雑性と表現的制限を克服する重要な研究方向を示す。
パラメタライズド量子回路(PQC)ベースのトランスフォーマーモデルは、QKVのみの量子マッピング、量子ペアワイドアテンション、量子グローバルアテンション、量子アシストアクセラレーションなどの戦略を含む、様々な量子化の度合いを達成するためにPQCを使用する現在の研究の主要な焦点である。
これらの手法は、ノイズのある中間量子(NISQ)デバイスに適しており、複雑さを減らしたり、性能を向上させるための小規模タスクの可能性を示している。
PQCベースの手法の強みは、既存の量子ハードウェアとの互換性にある。
しかし、これらの手法は、スケーラビリティの制限、標準化されたテストベンチマークの欠如、トレーニング中の"不規則な高原"問題といった課題に直面している。
補完的なアプローチとして、Quantum Linear Algebra(QLA)ベースのTransformerモデルは将来的なフォールトトレラントな量子コンピューティングに依存し、効率的な行列演算と理論的に重要な複雑性削減を実現するためにブロックエンコーディングや量子特異値変換(QSVT)のような技術を利用する。
今後の研究は、PQCベースのハイブリッドアーキテクチャと量子グローバルアテンションモデルの最適化、統一評価フレームワークの確立、トレーニングの難しさへの対処、および量子トランスフォーマーの開発を進めるためのハイブリッドPQC-QLAアプローチを優先すべきである。
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