論文の概要: Q-LINK: Quantum Layerwise Information Residual Network via a Messenger Qubit for Barren Plateaus Mitigation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.11831v1
• Date: Sat, 11 Apr 2026 18:41:40 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-15 19:11:32.01109
• Title: Q-LINK: Quantum Layerwise Information Residual Network via a Messenger Qubit for Barren Plateaus Mitigation
• Title（参考訳）: Q-LINK: Barren Plateaus Mitigation のための Messenger Qubit による量子層情報残差ネットワーク
• Abstract要約: 我々は、Q-LINKと呼ばれる単一のメッセンジャー量子ビットを組み込んだ残差インスパイアされた量子回路アーキテクチャを導入する。 我々は,Q-LINKがより大きな勾配分散を保ち,収束を加速することにより,最適化挙動を著しく向上することを示した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5520082338220947
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: In hybrid classical-quantum computing, variational quantum algorithms (VQAs) have emerged as a promising approach in the Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) era; however, their performance is often hindered by barren plateaus, where gradients vanish exponentially, rendering optimization ineffective. In this work, we introduce a residual-inspired quantum circuit architecture that incorporates a single messenger qubit, referred to as Q-LINK. By conducting numerical simulations on random quantum states, we observe that Q-LINK significantly enhances optimization behavior by sustaining larger gradient variance and accelerating convergence. Additionally, Q-LINK improves convergence efficiency by 4-6 times and increases gradient variance by up to two orders of magnitude compared with the Vanilla model. To further characterize the impact of the proposed structure, we analyze the expressibility of the circuits before and after introducing Q-LINK and find that the overall expressibility value remains largely unchanged, indicating that the original representational capacity of the circuit is preserved. In addition, we visualize the loss landscapes of different architectures to provide insights into how the proposed design reshapes the cost function landscape. These results demonstrate that introducing only a single messenger qubit can effectively mitigate barren plateau effects while maintaining the ability to explore the Hilbert space of variational quantum circuits.
• Abstract（参考訳）: ハイブリッド古典量子コンピューティングにおいて、変分量子アルゴリズム(VQA)はノイズ中間スケール量子(NISQ)時代に有望なアプローチとして登場したが、その性能はバレンプラトーによって妨げられ、勾配が指数関数的に消え、レンダリングの最適化が効果的ではない。 本稿では,Q-LINKと呼ばれる1つのメッセンジャー量子ビットを組み込んだ残差インスピレーション量子回路アーキテクチャを提案する。 ランダムな量子状態に関する数値シミュレーションを行うことにより、Q-LINKはより大きな勾配の分散と収束の加速を保ち、最適化の挙動を著しく向上させる。 さらに、Q-LINKは収束効率を4-6倍改善し、バニラモデルと比較して最大2桁の勾配分散を増大させる。 提案手法は,Q-LINK導入前後の回路の表現可能性を解析し,回路の本来の表現能力が維持されていることを示す。 さらに、異なるアーキテクチャの損失景観を可視化し、提案した設計がコスト関数のランドスケープにどう影響するかを洞察する。 これらの結果は、1つのメッセンジャー量子ビットのみを導入することで、変分量子回路のヒルベルト空間を探索する能力を維持しつつ、バレンプラトー効果を効果的に緩和できることを示している。

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