論文の概要: Hamiltonian-Driven Architectures for Non-Markovian Quantum Reservoir Computing
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.14450v1
- Date: Tue, 20 May 2025 14:50:54 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-21 14:49:53.434069
- Title: Hamiltonian-Driven Architectures for Non-Markovian Quantum Reservoir Computing
- Title（参考訳）: 非マルコフ量子貯留層計算のためのハミルトン駆動アーキテクチャ
- Authors: Daiki Sasaki, Ryosuke Koga, Taihei Kuroiwa, Yuya Ito, Chih-Chieh Chen, Tomah Sogabe,
- Abstract要約: 非マルコフ量子貯水池計算のためのハミルトンレベルフレームワークを提案する。
非マルコフ的条件下での動作はマルコフ的限界に比べて記憶減衰が著しく遅くなることを示す。
非マルコフ貯水池は、適切な時間進化ステップサイズで、高次非線形自己回帰移動平均タスクにおいて優れた性能を示すことを示した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.16492989697868887
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We propose a Hamiltonian-level framework for non-Markovian quantum reservoir computing directly tailored for analog hardware implementations. By dividing the reservoir into a system block and an environment block and evolving their joint state under a unified Hamiltonian, our architecture naturally embeds memory backflow by harnessing entanglement-induced information backflow with tunable coupling strengths. Numerical benchmarks on short-term memory tasks demonstrate that operating in non-Markovian regimes yields significantly slower memory decay compared to the Markovian limit. Further analyzing the echo-state property (ESP), showing that the non-Markovian quantum reservoir evolves from two different initial states, they do not converge to the same trajectory even after a long time, strongly suggesting that the ESP is effectively violated. Our work provides the first demonstration in quantum reservoir computing that strong non-Markovianity can fundamentally violate the ESP, such that conventional linear-regression readouts fail to deliver stable training and inference. Finally, we experimentally showed that, with an appropriate time-evolution step size, the non-Markovian reservoir exhibits superior performance on higher-order nonlinear autoregressive moving-average(NARMA) tasks.
- Abstract（参考訳）: アナログハードウェア実装に適した非マルコフ量子貯水池計算のためのハミルトンレベルのフレームワークを提案する。
貯留層をシステムブロックと環境ブロックに分割し、ハミルトニアンの下で結合状態を進化させることにより、我々のアーキテクチャは、絡み合いによって引き起こされる情報バックフローと調整可能な結合強度を生かして、メモリバックフローを自然に埋め込む。
短期記憶タスクの数値ベンチマークでは、マルコフの限界よりも非マルコフの条件下での動作が大幅に遅いことが示されている。
さらに、エコー状態の性質(ESP)を分析し、非マルコフ量子貯水池が2つの異なる初期状態から進化し、長い時間経過しても同じ軌道に収束しないことを示し、ESPが効果的に侵害されていることを強く示唆している。
我々の研究は量子貯水池計算における最初の実証であり、強い非マルコビアン性はESPに根本的に違反する可能性がある。
最後に, 適切な時間進化ステップサイズで, 非マルコフ貯水池は高次非線形自己回帰移動平均(NARMA)タスクにおいて優れた性能を示すことを示した。
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