Quantifying unknown quantum entanglement experimentally is a difficult task, but also becomes more and more necessary because of the fast development of quantum engineering. Machine learning provides practical solutions to this fundamental problem, where one has to train a proper machine learning model to predict entanglement measures of unknown quantum states based on experimentally measurable data, say moments or correlation data produced by local measurements. In this paper, we compare the performance of these two different machine learning approaches systematically. Particularly, we first show that the approach based on moments enjoys a remarkable advantage over that based on correlation data, though the cost of measuring moments is much higher. Next, since correlation data is much easier to obtain experimentally, we try to better its performance by proposing a hybrid quantum-classical machine learning framework for this problem, where the key is to train optimal local measurements to generate more informative correlation data. Our numerical simulations show that the new framework brings us comparable performance with the approach based on moments to quantify unknown entanglement. Our work implies that it is already practical to fulfill such tasks on near-term quantum devices.


翻译:实验性地量化未知量的纠缠是一个困难的任务,但由于量子工程的快速发展,这种实验性学习也越来越有必要。 机器学习为这个根本性问题提供了实际的解决办法。 机器学习提供了一种适当的机器学习模型,以便根据实验性可测量的数据、 说瞬间或当地测量产生的相关数据来预测未知量状态的纠缠度。 在本文中,我们系统地比较这两种不同的机器学习方法的性能。 特别是, 我们首先显示,基于瞬间的方法比基于相关数据的方法具有显著优势, 尽管测量时间的成本要高得多。 其次,由于相关数据更容易实验性地获得, 我们试图通过为这一问题提出一个混合量子机学习框架来改进其性能, 关键在于训练最佳的本地测量来生成更多信息性相关数据。 我们的数字模拟表明,新框架使我们得以在量化未知的纠缠时间上取得可比较的性能。 我们的工作表明,在近期的量子装置上完成此类任务已经很实用了。

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机器学习(Machine Learning)是一个研究计算学习方法的国际论坛。该杂志发表文章,报告广泛的学习方法应用于各种学习问题的实质性结果。该杂志的特色论文描述研究的问题和方法,应用研究和研究方法的问题。有关学习问题或方法的论文通过实证研究、理论分析或与心理现象的比较提供了坚实的支持。应用论文展示了如何应用学习方法来解决重要的应用问题。研究方法论文改进了机器学习的研究方法。所有的论文都以其他研究人员可以验证或复制的方式描述了支持证据。论文还详细说明了学习的组成部分,并讨论了关于知识表示和性能任务的假设。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/ml/
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