Variational Quantum Algorithms are a vital part of quantum computing. It is a blend of quantum and classical methods for tackling tough problems in machine learning, chemistry, and combinatorial optimization. Yet as these algorithms scale up, they cannot escape the barren-plateau phenomenon. As systems grow, gradients can vanish so quickly that training deep or randomly initialized circuits becomes nearly impossible. To overcome the barren plateau problem, we introduce a two-stage optimization framework. First comes the convex initialization stage. Here, we shape the quantum energy landscape, the Hilmaton landscape, into a smooth, low-energy basin. This step makes gradients easier to spot and keeps noise from derailing the process. Once we have gotten a stable gradient flow, we move to the second stage: nonconvex refinement. In this phase, we allow the algorithm to explore different energy minima, thereby making the model more expressive. Finally, we used our two-stage solution to perform quantum cryptanalysis of the quantum key distribution protocol (i.e., BB84) to determine the optimal cloning strategies. The simulation results showed that our proposed two-stage solution outperforms its random initialization counterpart.


翻译:变分量子算法是量子计算的重要组成部分。它融合了量子与经典方法,用于解决机器学习、化学和组合优化中的难题。然而随着算法规模扩大,它们无法避免贫瘠高原现象。当系统扩展时,梯度可能以极快速度消失,导致深度或随机初始化电路的训练几乎无法进行。为克服贫瘠高原问题,我们提出了一种两阶段优化框架。首先是凸初始化阶段:通过将量子能量景观(希尔伯特景观)塑造成平滑的低能盆地,使梯度更易于识别,并防止噪声干扰过程。获得稳定的梯度流后,进入第二阶段:非凸优化。在此阶段,算法可探索不同的能量极小值,从而增强模型表达能力。最后,我们运用该两阶段方案对量子密钥分发协议(即BB84)进行量子密码分析,以确定最优克隆策略。仿真结果表明,所提出的两阶段方案显著优于随机初始化方法。

0
下载
关闭预览

相关内容

【博士论文】基于冲量的加速优化算法
专知会员服务
28+阅读 · 2021年11月29日
专知会员服务
37+阅读 · 2021年9月12日
从泰勒展开来看梯度下降算法
深度学习每日摘要
13+阅读 · 2019年4月9日
2018年深度学习优化算法最新综述
计算机视觉战队
10+阅读 · 2018年12月11日
简述多种降维算法
算法与数学之美
11+阅读 · 2018年9月23日
再谈变分自编码器VAE:从贝叶斯观点出发
PaperWeekly
13+阅读 · 2018年4月2日
一文读懂FM算法优势,并用python实现!(附代码)
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 · 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
0+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
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
VIP会员
最新内容
人工智能赋能无人机:俄乌战争(万字长文)
专知会员服务
4+阅读 · 今天6:56
国外海军作战管理系统与作战训练系统
专知会员服务
2+阅读 · 今天4:16
美军条令《海军陆战队规划流程(2026版)》
专知会员服务
9+阅读 · 今天3:36
《压缩式分布式交互仿真标准》120页
专知会员服务
4+阅读 · 今天3:21
《电子战数据交换模型研究报告》
专知会员服务
6+阅读 · 今天3:13
《基于Transformer的异常舰船导航识别与跟踪》80页
《低数据领域军事目标检测模型研究》
专知会员服务
6+阅读 · 今天2:37
【CMU博士论文】物理世界的视觉感知与深度理解
伊朗战争停火期间美军关键弹药状况分析
专知会员服务
8+阅读 · 4月22日
电子战革命:塑造战场的十年突破(2015–2025)
相关VIP内容
【博士论文】基于冲量的加速优化算法
专知会员服务
28+阅读 · 2021年11月29日
专知会员服务
37+阅读 · 2021年9月12日
相关资讯
从泰勒展开来看梯度下降算法
深度学习每日摘要
13+阅读 · 2019年4月9日
2018年深度学习优化算法最新综述
计算机视觉战队
10+阅读 · 2018年12月11日
简述多种降维算法
算法与数学之美
11+阅读 · 2018年9月23日
再谈变分自编码器VAE:从贝叶斯观点出发
PaperWeekly
13+阅读 · 2018年4月2日
一文读懂FM算法优势,并用python实现!(附代码)
相关基金
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 · 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
0+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
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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员