論文の概要: GuiderNet: A Meta-Learning Framework for Optimizing Quantum Circuit Geometry and Mitigating Barren Plateaus

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.21940v2
• Date: Tue, 08 Jul 2025 16:53:45 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-09 14:27:12.869195
• Title: GuiderNet: A Meta-Learning Framework for Optimizing Quantum Circuit Geometry and Mitigating Barren Plateaus
• Title（参考訳）: GuiderNet: 量子回路形状の最適化とバレン高原の緩和のためのメタラーニングフレームワーク
• Authors: Marwan Ait Haddou, Mohamed Bennai,
• Abstract要約: データ依存パラメータシフトを用いた量子回路(PQC)を強化するメタラーニングフレームワークである GuiderNet を紹介する。 GuiderNetは累積トレーニング損失を5倍以上減らし、テスト精度を75.3%から98.6%に改善し、マイノリティクラスF1スコアを0.67から0.95に引き上げている。 その結果、幾何学的メタコンディショニングはバレンプラトーと不条件を緩和し、量子機械学習の一般化にスケーラブルなアプローチを提供することを示した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: Variational Quantum Algorithms (VQAs) offer potential for near-term quantum advantage but face challenges from barren plateaus, where gradients vanish, and poorly conditioned optimization landscapes. We introduce GuiderNet, a meta-learning framework that conditions Parameterized Quantum Circuits (PQCs) using data-dependent parameter shifts aimed at minimizing the log condition number of the Fubini-Study metric tensor. Implemented as a classical neural network, GuiderNet is meta-trained to guide PQC parameters into geometrically favorable regions and is embedded within hybrid quantum-classical pipelines to steer both initialization and adaptive modulation during training. Applied to the Kaggle Diabetes classification task, GuiderNet reduces cumulative training loss by over 5x, improves test accuracy from 75.3% to 98.6%, and increases the minority-class F1 score from 0.67 to 0.95. It also suppresses gradient explosion and stabilizes parameter updates, enabling smoother and more robust optimization. These results demonstrate that geometric meta-conditioning can mitigate barren plateaus and ill-conditioning, providing a scalable approach to enhance trainability and generalization in quantum machine learning.
• Abstract（参考訳）: 変分量子アルゴリズム(VQA)は、短期的な量子優位の可能性をもっているが、勾配が消える不規則な高原からの課題に直面している。 本稿では,フビニ・スタディ計量テンソルのログ条件数を最小化することを目的としたデータ依存パラメータシフトを用いて,パラメータ化量子回路(PQC)を条件付けるメタラーニングフレームワークである GuiderNet を紹介する。 古典的ニューラルネットワークとして実装された GuiderNet は,PQC パラメータを幾何学的に好適な領域にガイドするためにメタトレーニングされている。 Kaggle Diabetes分類タスクに適用されたガイドネットは、累積トレーニング損失を5倍以上に減らし、テスト精度を75.3%から98.6%に改善し、マイノリティクラスのF1スコアを0.67から0.95に引き上げている。 また、勾配の爆発を抑制し、パラメータの更新を安定化し、スムーズで堅牢な最適化を可能にする。 これらの結果は、幾何学的メタコンディショニングがバレンプラトーとイリコンディショニングを緩和し、量子機械学習におけるトレーニング容易性と一般化を強化するスケーラブルなアプローチを提供することを示す。

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