Random quantum circuits have been utilized in the contexts of quantum supremacy demonstrations, variational quantum algorithms for chemistry and machine learning, and blackhole information. The ability of random circuits to approximate any random unitaries has consequences on their complexity, expressibility, and trainability. To study this property of random circuits, we develop numerical protocols for estimating the frame potential, the distance between a given ensemble and the exact randomness. Our tensor-network-based algorithm has polynomial complexity for shallow circuits and is high-performing using CPU and GPU parallelism. We study 1. local and parallel random circuits to verify the linear growth in complexity as stated by the Brown-Susskind conjecture, and; 2. hardware-efficient ans\"atze to shed light on its expressibility and the barren plateau problem in the context of variational algorithms. Our work shows that large-scale tensor network simulations could provide important hints toward open problems in quantum information science.


翻译:摘要:随机量子电路已在量子霸权演示、化学与机器学习领域的变分量子算法以及黑洞信息等场景中得到应用。随机电路近似任意随机酉算子的能力对其复杂度、可表达性和可训练性具有重要影响。为研究随机电路的这一特性,我们开发了数值协议来估计框架势——即给定系综与精确随机性之间的距离。我们的基于张量网络的算法对浅层电路具有多项式复杂度,并能通过CPU和GPU并行实现高性能计算。我们研究了:1. 局域并行随机电路,以验证布朗-萨斯坎德猜想中提出的复杂度线性增长规律;2. 硬件高效拟设,以阐明其在变分算法中的可表达性及贫瘠高原问题。我们的工作表明,大规模张量网络模拟可为量子信息科学中的开放问题提供重要启示。

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!700+ppt《因果推理》课程!杜克大学Fan Li教程
专知会员服务
73+阅读 · 2022年7月11日
【硬核书】树与网络上的概率,716页pdf
专知会员服务
77+阅读 · 2021年12月8日
剑桥大学《数据科学: 原理与实践》课程,附PPT下载
专知会员服务
54+阅读 · 2021年1月20日
专知会员服务
52+阅读 · 2020年12月14日
专知会员服务
55+阅读 · 2020年10月11日
专知会员服务
162+阅读 · 2020年1月16日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
106+阅读 · 2019年10月9日
量化金融强化学习论文集合
专知
14+阅读 · 2019年12月18日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月10日
VIP会员
最新内容
分层反无人机系统发展新趋势
专知会员服务
5+阅读 · 9月3日
何为协作武器?
专知会员服务
9+阅读 · 9月1日
《理解认知战:超越信息》
专知会员服务
13+阅读 · 9月1日
美国战争部在GenAI.mil上推出OpenAI的ChatGPT Mil
专知会员服务
8+阅读 · 8月31日
人工智能赋能军事维护:重新定义国防战备
专知会员服务
5+阅读 · 8月31日
《美陆军野战手册(2026年):特种部队》
专知会员服务
8+阅读 · 8月31日
相关VIP内容
不可错过!700+ppt《因果推理》课程!杜克大学Fan Li教程
专知会员服务
73+阅读 · 2022年7月11日
【硬核书】树与网络上的概率,716页pdf
专知会员服务
77+阅读 · 2021年12月8日
剑桥大学《数据科学: 原理与实践》课程,附PPT下载
专知会员服务
54+阅读 · 2021年1月20日
专知会员服务
52+阅读 · 2020年12月14日
专知会员服务
55+阅读 · 2020年10月11日
专知会员服务
162+阅读 · 2020年1月16日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
106+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
量化金融强化学习论文集合
专知
14+阅读 · 2019年12月18日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6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
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员