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连接双量子比特参数化量子电路的几何结构和性能

阿马拉卡塔巴瓦1, 苏金辛1,2, 达克斯恩山岛3和皮埃尔-卢克·达莱尔-德默斯1

1Zapata Computing,Inc.,美国马萨诸塞州波士顿,联邦大街100号20楼,02110
2哈佛大学
3高性能计算研究所,科学、技术和研究机构 (A*STAR), 1 Fusionopolis Way, #16-16 Connexis, Singapore 138632, Singapore

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抽象

参数化量子电路 (PQC) 是许多变分量子算法的核心组成部分,但对其参数化如何影响算法性能缺乏了解。 我们通过使用主束来对两个量子位 PQC 进行几何表征来开始这一讨论。 在基础流形上,我们使用 Mannoury-Fubini-Study 度量来找到一个与 Ricci 标量(几何)和并发(纠缠)相关的简单方程。 通过在变分量子特征求解器 (VQE) 优化过程中计算 Ricci 标量,这为我们提供了一个新的视角来了解 Quantum Natural Gradient 如何以及为何优于标准梯度下降。 我们认为,量子自然梯度卓越性能的关键在于它能够在优化过程的早期发现高负曲率区域。 这些高负曲率区域似乎对加速优化过程很重要。

[嵌入的内容]

量子自然梯度 (QNG) 是一种基于梯度的优化,旨在加速参数化量子电路的优化。 该方案中使用的更新规则是 $theta_{t+1} longmapsto theta_t – eta g^{+} nabla mathcal{L}(theta_t)$,其中 $mathcal{L}(theta_t)$ 是使用的成本函数,例如,某个算子在某个迭代步骤 $t$ 的期望值,$g^{+}$ 是量子自然梯度的伪逆。 这被证明可以加快寻找用于近似基态的量子电路的最佳参数。 奇怪的是,$g$ 涉及试验波函数的导数,而与成本函数景观无关; 那么它是如何利用希尔伯特空间的几何学来加速优化的呢? 我们研究了两个量子位的情况,我们可以在其中完全计算几何形状并查看发生了什么。 我们发现 QNG 正在寻找与优化过程的加速相关的负 Ricci 曲率的位置。 我们提供了数字证据表明这种相关性实际上是因果关系。

►BibTeX数据

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