Understanding the dynamics of large quantum systems is hindered by the curse of dimensionality. Statistical learning offers new possibilities in this regime by neural-network protocols and classical shadows, while both methods have limitations: the former is plagued by the predictive uncertainty and the latter lacks the generalization ability. Here we propose a data-centric learning paradigm combining the strength of these two approaches to facilitate diverse quantum system learning (QSL) tasks. Particularly, our paradigm utilizes classical shadows along with other easily obtainable information of quantum systems to create the training dataset, which is then learnt by neural networks to unveil the underlying mapping rule of the explored QSL problem. Capitalizing on the generalization power of neural networks, this paradigm can be trained offline and excel at predicting previously unseen systems at the inference stage, even with few state copies. Besides, it inherits the characteristic of classical shadows, enabling memory-efficient storage and faithful prediction. These features underscore the immense potential of the proposed data-centric approach in discovering novel and large-scale quantum systems. For concreteness, we present the instantiation of our paradigm in quantum state tomography and direct fidelity estimation tasks and conduct numerical analysis up to 60 qubits. Our work showcases the profound prospects of data-centric artificial intelligence to advance QSL in a faithful and generalizable manner.


翻译:理解大型量子系统的动力学受困于维度灾难。统计学习通过神经网络协议和经典阴影在该领域中提供了新的可能性,但这两种方法均存在局限性:前者受预测不确定性的困扰,后者缺乏泛化能力。本文提出了一种结合这两类方法优势的数据中心学习范式,以促进多样化的量子系统学习任务。具体而言,该范式利用经典阴影以及量子系统的其他易获取信息构建训练数据集,随后由神经网络学习以揭示所探索量子系统学习问题的潜在映射规则。借助神经网络的泛化能力,该范式可离线训练,并在推理阶段(即使只有少量状态副本)对未见过的新系统进行卓越预测。此外,该范式继承了经典阴影的特性,能实现内存高效存储与可靠预测。这些特性凸显了所提出的数据中心方法在发现新型及大规模量子系统方面的巨大潜力。我们具体将该范式实例化于量子态层析和直接保真度估计任务中,并进行了多达60量子比特的数值分析。本研究展示了数据中心人工智能在促进量子系统学习实现可靠且可泛化发展的深远前景。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年10月10日
Arxiv
0+阅读 · 2023年10月8日
Arxiv
29+阅读 · 2022年3月28日
Learning Embedding Adaptation for Few-Shot Learning
Arxiv
17+阅读 · 2018年12月10日
Arxiv
10+阅读 · 2017年12月29日
VIP会员
最新内容
ECCV 2026 | MIMFlow:MIM与归一化流统一图像生成
专知会员服务
6+阅读 · 6月25日
网状网络及其在军事领域的运用
专知会员服务
7+阅读 · 6月25日
无美国参与的欧洲战争方式(万字长文)
专知会员服务
8+阅读 · 6月25日
《国防领域敏感性分析白皮书》
专知会员服务
8+阅读 · 6月25日
综述 | 从问答到任务完成:Agent系统与Harness设计
Agentic RL:框架、实践与长程智能体训练
专知会员服务
10+阅读 · 6月24日
重新思考无人机时代的生存能力
专知会员服务
10+阅读 · 6月24日
装甲突击旅:现代战争思考、战斗与组织
专知会员服务
7+阅读 · 6月24日
在人工智能加速决策环境中拓展OODA循环
专知会员服务
10+阅读 · 6月24日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员