ロスアラモスのチームが量子機械学習アルゴリズムの悩みの種を解明(Los Alamos team cracks the code on the bane of quantum machine learning algorithms)

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2024-08-27 ロスアラモス国立研究所(LANL)

ロスアラモス研究チームは、量子機械学習アルゴリズムの進展を阻む「不毛の高原」問題を解決しました。量子コンピュータで使用される変分量子アルゴリズムにおいて、不毛の高原は最適化が進まないデッドエンドであり、これまで原因が不明確でしたが、チームはその発生原因を数学的に特定しました。これにより、新たな量子アルゴリズム開発時のガイドラインが確立され、リソースの無駄を防ぎ、量子計算の大きな課題が解消される見込みです。この研究成果は、量子コンピュータのスケーリングに重要な影響を与えると期待されています。

<関連情報>

量子回路における不毛のプラトーに関するリー代数理論 A Lie algebraic theory of barren plateaus for deep parameterized quantum circuits

Michael Ragone,Bojko N. Bakalov,Frédéric Sauvage,Alexander F. Kemper,Carlos Ortiz Marrero,Martín Larocca & M. Cerezo
Nature Communications  Published:22 August 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-024-49909-3

ロスアラモスのチームが量子機械学習アルゴリズムの悩みの種を解明(Los Alamos team cracks the code on the bane of quantum machine learning algorithms)

Abstract

Variational quantum computing schemes train a loss function by sending an initial state through a parametrized quantum circuit, and measuring the expectation value of some operator. Despite their promise, the trainability of these algorithms is hindered by barren plateaus (BPs) induced by the expressiveness of the circuit, the entanglement of the input data, the locality of the observable, or the presence of noise. Up to this point, these sources of BPs have been regarded as independent. In this work, we present a general Lie algebraic theory that provides an exact expression for the variance of the loss function of sufficiently deep parametrized quantum circuits, even in the presence of certain noise models. Our results allow us to understand under one framework all aforementioned sources of BPs. This theoretical leap resolves a standing conjecture about a connection between loss concentration and the dimension of the Lie algebra of the circuit’s generators.

1602ソフトウェア工学
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