Federated learning refers to the task of machine learning based on decentralized data from multiple clients with secured data privacy. Recent studies show that quantum algorithms can be exploited to boost its performance. However, when the clients' data are not independent and identically distributed (IID), the performance of conventional federated algorithms is known to deteriorate. In this work, we explore the non-IID issue in quantum federated learning with both theoretical and numerical analysis. We further prove that a global quantum channel can be exactly decomposed into local channels trained by each client with the help of local density estimators. This observation leads to a general framework for quantum federated learning on non-IID data with one-shot communication complexity. Numerical simulations show that the proposed algorithm outperforms the conventional ones significantly under non-IID settings.


翻译:联邦学习是指基于多客户的分散数据进行机器学习的任务。最近的研究表明,量子算法可以用来提升其性能。然而,当客户的数据不独立且分布相同(IID)时,传统联合算法的性能已知会恶化。在这项工作中,我们探索量子联合学习中的非IID问题,同时进行理论和数字分析。我们进一步证明,全球量子信道可以完全分解成由每个客户在本地密度估计员的帮助下培训的当地频道。这一观测导致一个通用框架,用于对非IID数据进行量子联合学习,并具有一发通信复杂性。数字模拟表明,拟议的算法在非IID环境下大大超越了常规。

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