The quest for successful variational quantum machine learning (QML) relies on the design of suitable parametrized quantum circuits (PQCs), as analogues to neural networks in classical machine learning. Successful QML models must fulfill the properties of trainability and non-dequantization, among others. Recent works have highlighted an intricate interplay between trainability and dequantization of such models, which is still unresolved. In this work we contribute to this debate from the perspective of machine learning, proving a number of results identifying, among others when trainability and non-dequantization are not mutually exclusive. We begin by providing a number of new somewhat broader definitions of the relevant concepts, compared to what is found in other literature, which are operationally motivated, and consistent with prior art. With these precise definitions given and motivated, we then study the relation between trainability and dequantization of variational QML. Next, we also discuss the degrees of "variationalness" of QML models, where we distinguish between models like the hardware efficient ansatz and quantum kernel methods. Finally, we introduce recipes for building PQC-based QML models which are both trainable and nondequantizable, and corresponding to different degrees of variationalness. We do not address the practical utility for such models. Our work however does point toward a way forward for finding more general constructions, for which finding applications may become feasible.


翻译:实现成功的变分量子机器学习(QML)依赖于设计合适的参数化量子电路(PQCs),这类似于经典机器学习中的神经网络。成功的QML模型必须满足可训练性和非去量子化等特性。近期研究揭示了此类模型的可训练性与去量子化之间存在错综复杂的相互作用,这一关系尚未得到解决。本研究从机器学习的视角对此议题作出贡献,通过证明若干结论,特别指出了可训练性与非去量子化并非互斥的情形。我们首先对相关概念给出了若干较现有文献更宽泛的新定义,这些定义具有操作动机且与现有理论体系一致。在明确定义并阐明其动机后,我们系统研究了变分QML的可训练性与去量子化关系。接着,我们探讨了QML模型的"变分程度"差异,区分了硬件高效拟设与量子核方法等不同类型的模型。最后,我们提出了构建兼具可训练性与非去量子化特性的PQC基QML模型的方法论,这些模型对应不同的变分程度。本文未涉及此类模型的实际应用价值,但为探索更通用的构建方案指明了方向,这将为未来实现实际应用提供可能路径。

0
下载
关闭预览

相关内容

ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
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
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11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
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17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
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+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
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
18+阅读 · 2021年3月16日
Recent advances in deep learning theory
Arxiv
52+阅读 · 2020年12月20日
Optimization for deep learning: theory and algorithms
Arxiv
106+阅读 · 2019年12月19日
VIP会员
最新内容
大语言模型平台在国防情报应用中的对比
专知会员服务
3+阅读 · 今天3:12
美海军“超配项目”
专知会员服务
4+阅读 · 今天2:13
《美陆军条例:陆军指挥政策(2026版)》
专知会员服务
10+阅读 · 4月21日
《军用自主人工智能系统的治理与安全》
专知会员服务
7+阅读 · 4月21日
《系统簇式多域作战规划范畴论框架》
专知会员服务
10+阅读 · 4月20日
相关资讯
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
相关基金
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
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+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
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员