Measurement-based quantum computation (MBQC) is a framework for quantum information processing in which a computational task is carried out through one-qubit measurements on a highly entangled resource state. Due to the indeterminacy of the outcomes of a quantum measurement, the random outcomes of these operations, if not corrected, yield a variational quantum channel family. Traditionally, this randomness is corrected through classical processing in order to ensure deterministic unitary computations. Recently, variational measurement-based quantum computation (VMBQC) has been introduced to exploit this measurement-induced randomness to gain an advantage in generative modeling. A limitation of this approach is that the corresponding channel model has twice as many parameters compared to the unitary model, scaling as $N \times D$, where $N$ is the number of logical qubits (width) and $D$ is the depth of the VMBQC model. This can often make optimization more difficult and may lead to poorly trainable models. In this paper, we present a restricted VMBQC model that extends the unitary setting to a channel-based one using only a single additional trainable parameter. We show, both numerically and algebraically, that this minimal extension is sufficient to generate probability distributions that cannot be learned by the corresponding unitary model.


翻译:测量基量子计算(MBQC)是一种量子信息处理框架,其中计算任务通过对高度纠缠资源态进行单量子比特测量来实现。由于量子测量结果的不确定性,这些操作产生的随机结果(若不进行修正)会形成一个变分量子通道族。传统上,这种随机性通过经典处理进行修正,以确保确定性的酉计算。近年来,变分测量基量子计算(VMBQC)被提出,旨在利用这种测量诱导的随机性在生成建模中获得优势。该方法的一个局限性在于,其对应的通道模型参数数量是酉模型的两倍,缩放为 $N \times D$,其中 $N$ 是逻辑量子比特数(宽度),$D$ 是VMBQC模型的深度。这通常会使优化更加困难,并可能导致模型可训练性差。本文提出一种受限的VMBQC模型,该模型通过仅使用一个额外的可训练参数,将酉设定推广至基于通道的设定。我们通过数值和代数方法证明,这一最小扩展足以生成对应酉模型无法学习的概率分布。

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