حساب فعال لوظيفة تشويه معدل الكم

حساب فعال لوظيفة تشويه معدل الكم

الحساب الفعال لوظيفة تشويه معدل الكم لذكاء بيانات PlatoBlockchain. البحث العمودي. منظمة العفو الدولية.

كيري ه1، جيمس سوندرسون1وحمزة فوزي2

1قسم هندسة الأنظمة الكهربائية والحاسوبية، جامعة موناش، كلايتون VIC 3800، أستراليا
2قسم الرياضيات التطبيقية والفيزياء النظرية، جامعة كامبريدج، كامبريدج CB3 0WA، المملكة المتحدة

تجد هذه الورقة مثيرة للاهتمام أو ترغب في مناقشة؟ Scite أو ترك تعليق على SciRate.

ملخص

تلعب وظيفة تشويه معدل الكم دورًا أساسيًا في نظرية المعلومات الكمومية، ولكن لا توجد حاليًا خوارزمية عملية يمكنها حساب هذه الوظيفة بكفاءة وبدقة عالية لأبعاد القناة المعتدلة. في هذا البحث، نوضح كيف يمكن لتقليل التناظر أن يبسط بشكل كبير الحالات الشائعة لمشاكل تشويه معدل الكم بمساعدة التشابك. يتيح لنا ذلك فهم خصائص القنوات الكمومية التي تحصل على المفاضلة المثلى لتشويه المعدل بشكل أفضل، مع السماح أيضًا بحساب أكثر كفاءة لوظيفة تشويه معدل الكم بغض النظر عن الخوارزمية الرقمية المستخدمة. بالإضافة إلى ذلك، نقترح متغيرًا غير دقيق لخوارزمية نزول المرآة لحساب دالة تشويه المعدل الكمي بمعدلات تقارب خطية يمكن إثباتها. نوضح كيف ترتبط خوارزمية النسب المرآة هذه بطرق Blahut-Arimoto وطرق تعظيم التوقعات المستخدمة سابقًا لحل مشكلات مماثلة في نظرية المعلومات. باستخدام هذه التقنيات، نقدم أول تجارب رقمية لحساب دالة تشويه معدل الكم متعددة البتات، ونظهر أن الخوارزمية المقترحة لدينا تحل بشكل أسرع وبدقة أعلى عند مقارنتها بالطرق الحالية.

تصف دالة تشويه معدل الكم الحد الأقصى لمصدر المعلومات الكمومية الذي يمكن ضغطه بواسطة قناة كمومية، دون تجاوز الحد الأقصى المسموح به للتشويه. بشكل عام، هذه الدالة تحتاج إلى حساب عددي عن طريق حل مسألة التحسين المحدبة. ومع ذلك، قد يكون هذا تحديًا لسببين. أولاً، سرعان ما يصبح بُعد المشكلة في مشكلة التحسين كبيرًا مع زيادة حجم القناة الكمومية. بالنسبة للطرق الشائعة لقياس تشويه مصدر المعلومات الكمومية، نوضح كيف يمكن استغلال التماثلات في مشكلة التحسين لتقليل أبعاد مشكلة التحسين بشكل كبير، مما يسمح لنا بحل المشكلة بشكل أسرع بكثير. ثانيًا، لا تعمل خوارزميات النسب التدرجية القياسية بشكل جيد عند حساب دالة تشويه المعدل الكمي، وذلك بسبب الدوال المشابهة للإنتروبيا الكمومية الناشئة في مشكلة التحسين. بدلًا من ذلك، نوضح كيف يمكن استخدام الاختلاف الانتروبي للنزول المتدرج، المعروف باسم نزول المرآة الانتروبيا، لاشتقاق خوارزمية فعالة لحساب دالة تشويه المعدل الكمي.

► بيانات BibTeX

ferences المراجع

[1] كلود إلوود شانون "نظرية رياضية للاتصالات" المجلة التقنية لنظام الجرس 27، 379-423 (1948).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1002 / j.1538-7305.1948.tb01338.x

[2] Nilanjana Datta، Min-Hsiu Hsieh، and Mark M. Wilde، "تشويه معدل الكم، ونظريات شانون العكسية، وفصل قناة المصدر" IEEE Transactions on Information Theory 59, 615–630 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1109 / tit.2012.2215575

[3] مارك إم وايلد، نيلانجانا داتا، مين هسيو هسيه، وأندرياس وينتر، "ترميز تشويه معدل الكم باستخدام الموارد المساعدة" IEEE Transactions on Information Theory 59, 6755–6773 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1109 / tit.2013.2271772

[4] ريتشارد بلاهوت “حساب سعة القناة ووظائف تشويه المعدل” معاملات IEEE حول نظرية المعلومات 18، 460-473 (1972).
https: / / doi.org/ 10.1109 / tit.1972.1054855

[5] سوجورو أريموتو "خوارزمية لحساب سعة القنوات المنفصلة العشوائية عديمة الذاكرة" معاملات IEEE حول نظرية المعلومات 18، 14-20 (1972).
https: / / doi.org/ 10.1109 / tit.1972.1054753

[6] كيري هي، وجيمس سوندرسون، وحمزة فوزي، “منظور برجمان القريب حول خوارزميات بلاهوت-أريموتو الكلاسيكية والكمية” (2023).
أرخايف: 2306.04492

[7] أركاديج سيمينوفيتش نميروفسكي وديفيد بوريسوفيتش يودين "تعقيد المشكلة وكفاءة الطريقة في التحسين" وايلي (1983).

[8] أمير بيك ومارك تيبول "نسب المرآة وطرق التدرج غير الخطية المسقطة لتحسين محدب" رسائل بحوث العمليات 31، 167-175 (2003).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​s0167-6377(02)00231-6

[9] تقرير بول تسينج "حول طرق التدرج القريبة المتسارعة لتحسين المقعر المحدب" (2008).
https://​/​pages.cs.wisc.edu/​~brecht/​cs726docs/​Tseng.APG.pdf

[10] أمير بيك "أساليب الدرجة الأولى في التحسين" SIAM (2017).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1137 / 1.9781611974997

[11] Heinz H Bauschke، Jérôme Bolte، and Marc Teboulle، “A النسب وراء استمرارية التدرج Lipschitz: إعادة النظر في أساليب الدرجة الأولى والتطبيقات” رياضيات بحوث العمليات 42، 330-348 (2017).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1287 / moor.2016.0817

[12] هايهاو لو، روبرت إم فرويند، ويوري نيستيروف، "التحسين المحدب السلس نسبيًا من خلال أساليب وتطبيقات من الدرجة الأولى" مجلة SIAM حول التحسين 28، 333-354 (2018).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1137 / 16M1099546

[13] مارك تيبول “عرض مبسط لأساليب الدرجة الأولى للتحسين” البرمجة الرياضية 170، 67-96 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s10107-018-1284-2

[14] ماساهيتو هاياشي “خوارزمية بريغمان القائمة على التباعد وتطبيقها على نظرية التشوه الكلاسيكية ومعدل الكم” معاملات IEEE على نظرية المعلومات 69، 3460–3492 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1109 / tit.2023.3239955

[15] ماساهيتو هاياشي “خوارزمية التقليل التكرارية على عائلة الخليط” (2023).
أرخايف: 2302.06905

[16] فينكات شاندراسيكاراناند باريكشيت شاه “تحسين الإنتروبيا النسبية وتطبيقاتها” البرمجة الرياضية 161، 1–32 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s10107-016-0998-2

[17] حمزة فوزي وعمر فوزي "التحسين الفعال للإنتروبيا النسبية الكمومية" مجلة الفيزياء أ: الرياضيات والنظرية 51، 154003 (2018).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1088 / 1751-8121 / aab285

[18] حمزة فوزي، وجيمس سوندرسون، وبابلو أ. باريلو، “التقريبات شبه المحددة لوغاريتم المصفوفة” أسس الرياضيات الحاسوبية 19، 259-296 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s10208-018-9385-0

[19] كريس كوي، ليا كابليفيتش، وخوان بابلو فيلما، “تحسينات الأداء لخوارزمية نقطة داخلية مخروطية عامة” حساب البرمجة الرياضية 15، 53-101 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s12532-022-00226-0

[20] مهدي كريمي وليفنت تونشيل “طرق النقاط الداخلية الأولية والثنائية للصيغ المعتمدة على المجال” رياضيات بحوث العمليات 45، 591–621 (2020).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1287 / moor.2019.1003

[21] مهدي كريمي وليفنت تونسل "التنفيذ الفعال لأساليب النقاط الداخلية للانتروبيا النسبية الكمومية" (2023).
أرخايف: 2312.07438

[22] لي يانغاند كيم تشوان توه “إعادة النظر في خوارزمية النقطة القريبة من برجمان: نسخة جديدة غير دقيقة ومتغيرها بالقصور الذاتي” مجلة SIAM حول التحسين 32، 1523-1554 (2022).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1137 / 20M1360748

[23] نيلانجانا داتا، مين هسيو هسيه، مارك إم وايلد، وأندرياس وينتر، "ترميز تشويه المعدل الكمي إلى الكلاسيكي" مجلة الفيزياء الرياضية 54 (2013).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1063 / 1.4798396

[24] هوارد بارنوم "ترميز تشويه معدل الكم" المراجعة البدنية أ 62، 042309 (2000).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.62.042309

[25] زهرة باغالي خانياناند أندرياس وينتر "منظور تشويه المعدل حول إعادة توزيع الحالة الكمومية" (2021).
أرخايف: 2112.11952

[26] زهرة باغالي خانيان، كوهداي كورويوا، وديبي ليونغ، “نظرية معدل التشويه للدول المختلطة” 2023 ندوة IEEE الدولية حول نظرية المعلومات 749-754 (2023).
https: / / doi.org/10.1109 / isit54713.2023.10206960

[27] مايكل أ. نيلسناند إسحاق إل تشوانغ “الحساب الكمي والمعلومات الكمومية: طبعة الذكرى السنوية العاشرة” مطبعة جامعة كامبريدج (10).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1017 / cbo9780511976667

[28] مارك إم وايلد "نظرية المعلومات الكمومية" مطبعة جامعة كامبريدج (2017).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1017 / 9781316809976

[29] جون واتروس “نظرية المعلومات الكمومية” مطبعة جامعة كامبريدج (2018).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1017 / 9781316848142

[30] آر تيريل روكافيلر “تحليل محدب” مطبعة جامعة برينستون (1970).
https: / / doi.org/ 10.1007 / bfb0110040

[31] Lev M Bregman "طريقة الاسترخاء لإيجاد النقطة المشتركة للمجموعات المحدبة وتطبيقها على حل المشكلات في البرمجة المحدبة" الرياضيات الحاسوبية والفيزياء الرياضية لاتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية 7، 200-217 (1967).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0041-5553(67)90040-7

[32] كريس جي ماديسون، ودانييل بولين، ويي ويي تيه، وأرنو دوسيه، "الشروط المسبقة للمساحة المزدوجة لنزول التدرج" مجلة SIAM حول التحسين 31، 991-1016 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1137 / 19M130858X

[33] ديميتري بيرتسيكاس "نظرية التحسين المحدبة" أثينا العلمية (2009).

[34] ثيودور بروكيران وتامو توم ديك "تمثيلات مجموعات الكذب المدمجة" سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا ​​(2013).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-662-12918-0

[35] ويليام فولتون وجو هاريس "نظرية التمثيل: الدورة الأولى" سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا ​​(2013).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-1-4612-0979-9

[36] جلين بريدون "مقدمة لمجموعات التحول المدمجة" الصحافة الأكاديمية (1972).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​s0079-8169(08)x6007-6

[37] بيرسي دياكونيس وستيفن إيفانز “الوظائف الخطية للقيم الذاتية للمصفوفات العشوائية” معاملات الجمعية الرياضية الأمريكية 353، 2615-2633 (2001).
https:/​/​doi.org/​10.1090/​S0002-9947-01-02800-8

[38] ماساهيتو هاياشي ويوشيانغ يانغ “خوارزميات فعالة لعنق الزجاجة المعلومات الكمومية” كوانتوم 7، 936 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2023-03-02-936

[39] ستيفن بويداند ليفين فاندنبيرج "التحسين المحدب" مطبعة جامعة كامبريدج (2004).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1017 / cbo9780511804441

[40] روجر أ. هورناند تشارلز ر. جونسون "موضوعات في تحليل المصفوفة" مطبعة جامعة كامبريدج (1991).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1017 / cbo9780511840371

[41] ميخائيل ف سولودوفاند بينار فوكس سفايتر “حدود الخطأ للمشكلات الفرعية للنقطة القريبة وخوارزميات النقطة القريبة غير الدقيقة المرتبطة بها” البرمجة الرياضية 88، 371-389 (2000).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1007 / s101070050022

[42] مارك شميدت ونيكولاس رو وفرانسيس باخ، "معدلات التقارب لطرق التدرج القريبة غير الدقيقة للتحسين المحدب" التقدم في أنظمة معالجة المعلومات العصبية وقائع المؤتمر الدولي الرابع والعشرون لأنظمة معالجة المعلومات العصبية 24، 24-1458 (1466).
https: / / dl.acm.org/ doi / 10.5555 / 2986459.2986622

[43] خورخي نوسيدالاند وستيفن جي رايت "التحسين العددي" سبرينغر (1999).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1007 / b98874

[44] ناثانيال جونستون “QETLAB: صندوق أدوات MATLAB للتشابك الكمي، الإصدار 0.9” http://​/​qetlab.com (2016).
https: / / doi.org/ 10.5281 / zenodo.44637
http: / / qetlab.com

[45] Kim-Chuan Toh، Michael J Todd، and Reha H Tütüncü، "SDPT3 - حزمة برامج MATLAB للبرمجة شبه المحددة، الإصدار 1.3" طرق التحسين والبرمجيات 11، 545-581 (1999).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1080 / 10556789908805762

[46] ماساهيتو هاياشي وجينغ ليو "خوارزمية أريموتو-بلاهوت الكمومية المعممة وتطبيقها على عنق الزجاجة للمعلومات الكمومية" (2023).
أرخايف: 2311.11188

[47] توماس إم كوفر وجوي أ. توماس "عناصر نظرية المعلومات" جون وايلي وأولاده (1999).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1002 / 047174882X

[48] آرام ف أروتيونوف وفاليري أوبوخوفسكي "التحليل المحدب والقيمة المحددة" دي جرويتر (2017).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1515 / 9783110460308

[49] مارتن جاجي "إعادة النظر في فرانك وولف: تحسين محدب متناثر خالي من الإسقاط" وقائع المؤتمر الدولي الثلاثين حول المؤتمر الدولي للتعلم الآلي - المجلد 30 28-427 (435).
https: / / dl.acm.org/ doi / 10.5555 / 3042817.3042867

[50] هاوبو لياند نينغ كاي "خوارزمية من نوع بلاهوت-أريموتو لحساب سعة القناة الكمومية الكلاسيكية" الندوة الدولية حول نظرية المعلومات 2019 ندوة IEEE الدولية حول نظرية المعلومات 255-259 (2019).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1109 / isit.2019.8849608

[51] نافنيث راماكريشنان، ورابان إيتن، وفولخر بي شولز، وماريو بيرتا، "حوسبة قدرات القنوات الكمومية" IEEE Transactions on Information Theory 67, 946–960 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1109 / tit.2020.3034471

[52] Heinz H Bauschkeand Jonathan M Borwein "الوظائف الأسطورية وطريقة إسقاطات برجمان العشوائية" مجلة التحليل المحدب 4، 27-67 (1997).

[53] راجيندرا بهاتيا "تحليل المصفوفة" سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا ​​(2013).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-1-4612-0653-8

دليلنا يستخدم من قبل

[1] مهدي كريمي و ليفنت تونسل، "التنفيذ الفعال لأساليب النقاط الداخلية للانتروبيا النسبية الكمومية"، أرخايف: 2312.07438, (2023).

[2] ماساهيتو هاياشي وجينج ليو، "خوارزمية أريموتو-بلاهوت الكمومية المعممة وتطبيقها على عنق الزجاجة للمعلومات الكمومية"، أرخايف: 2311.11188, (2023).

الاستشهادات المذكورة أعلاه من إعلانات ساو / ناسا (تم آخر تحديث بنجاح 2024-04-10 23:59:34). قد تكون القائمة غير كاملة نظرًا لأن جميع الناشرين لا يقدمون بيانات اقتباس مناسبة وكاملة.

On خدمة Crossref's cited-by service لم يتم العثور على بيانات حول الاستشهاد بالأعمال (المحاولة الأخيرة 2024-04-10 23:59:33).

الطابع الزمني:

اكثر من مجلة الكم