論文の概要: Comprehensive Numerical Studies of Barren Plateau and Overparametrization in Variational Quantum Algorithm
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.03291v1
- Date: Tue, 03 Feb 2026 09:17:48 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-02-04 18:37:15.349908
- Title: Comprehensive Numerical Studies of Barren Plateau and Overparametrization in Variational Quantum Algorithm
- Title（参考訳）: 変分量子アルゴリズムにおけるバレン高原の包括的数値解析と過度パラメトリゼーション
- Authors: Himuro Hashimoto, Akio Nakabayashi, Lento Nagano, Yutaro Iiyama, Ryu Sawada, Junichi Tanaka, Koji Terashi,
- Abstract要約: パラメータ化量子回路を用いた変分量子アルゴリズム(VQA)は、短期量子コンピューティングに広く応用されている。
VQA最適化はしばしばバレンプラトー (BP) と呼ばれる勾配の消失と局所的なミニマの存在に悩まされる。
本稿では,BPとOPの影響と変動量子回路の最適化における相互作用を定量的に評価する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.1507721242745381
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The variational quantum algorithm (VQA) with a parametrized quantum circuit is widely applicable to near-term quantum computing, but its fundamental issues that limit optimization performance have been reported in the literature. For example, VQA optimization often suffers from vanishing gradients called barren plateau (BP) and the presence of local minima in the landscape of the cost function. Numerical studies have shown that the trap in local minima is significantly reduced when the circuit is overparametrized (OP), where the number of parameters exceeds a certain threshold. Theoretical understanding of the BP and OP phenomena has advanced over the past years, however, comprehensive studies of both effects in the same setting are not fully covered in the literature. In this paper, we perform a comprehensive numerical study in VQA, quantitatively evaluating the impacts of BP and OP and their interplay on the optimization of a variational quantum circuit, using concrete implementations of one-dimensional transverse and longitudinal field quantum Ising model. The numerical results are compared with the theoretical diagnostics of BP and OP phenomena. The framework presented in this paper will provide a guiding principle for designing VQA algorithms and ansatzes with theoretical support for behaviors of parameter optimization in practical settings.
- Abstract（参考訳）: パラメータ化量子回路を用いた変分量子アルゴリズム(VQA)は、短期量子コンピューティングに広く適用されているが、最適化性能を制限する根本的な問題は文献で報告されている。
例えば、VQA最適化はバレンプラトー (BP) と呼ばれる勾配の消失とコスト関数のランドスケープにおける局所ミニマの存在にしばしば悩まされる。
数値実験により,回路の過度なパラメータ化(OP)が一定の閾値を超えると,局所最小値のトラップが大幅に減少することが示されている。
BP現象とOP現象の理論的理解はここ数年で進歩してきたが、同一条件における両方の効果に関する包括的な研究は文献で完全にはカバーされていない。
本稿では, BP と OP の影響を定量的に評価し, 一次元横方向および縦方向場の量子イジングモデルの具体的実装を用いて, 変分量子回路の最適化における BP と OP の影響を定量的に評価する。
その結果,BP現象とOP現象の理論的診断結果と比較した。
本稿では,VQAアルゴリズムを設計する上での指針として,パラメータ最適化の動作を理論的に支援する手法を提案する。
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