There is increasing interest in the development of gate-based quantum circuits for the training of machine learning models. Yet, little is understood concerning the parameters of circuit design, and the effects of noise and other measurement errors on the performance of quantum machine learning models. In this paper, we explore the practical implications of key circuit design parameters (number of qubits, depth etc.) using several standard machine learning datasets and IBM's Qiskit simulator. In total we evaluate over 6500 unique circuits with $n \approx 120700$ individual runs. We find that in general shallow (low depth) wide (more qubits) circuit topologies tend to outperform deeper ones in settings without noise. We also explore the implications and effects of different notions of noise and discuss circuit topologies that are more / less robust to noise for classification machine learning tasks. Based on the findings we define guidelines for circuit topologies that show near-term promise for the realisation of quantum machine learning algorithms using gate-based NISQ quantum computer.


翻译:对开发基于门的量子电路以培训机器学习模型的兴趣日益增加。然而,对于电路设计参数以及噪音和其他测量错误对量子机器学习模型性能的影响,人们很少理解。在本文件中,我们利用若干标准的机器学习数据集和IBM的 Qiskit 模拟器,探索关键电路设计参数(qubits、深度等)的实际影响。我们总共用12.0700美元单程计算了6500多条独特的电路。我们发现,一般而言,在浅(低深度)宽(更多qubits)的电路结构中,在没有噪音的环境中往往比更深的电路结构要好。我们还探讨了不同噪音概念的影响和效果,并讨论了对机器分类学习任务的噪音比较不那么强烈的电路结构。我们根据调查结果,制定了电路结构学准则,该准则显示了使用基于门的NISQ量计算机实现量子机器学习算法的近期前景。

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