There is currently a large interest in understanding the potential advantages quantum devices can offer for probabilistic modelling. In this work we investigate, within two different oracle models, the probably approximately correct (PAC) learnability of quantum circuit Born machines, i.e., the output distributions of local quantum circuits. We first show a negative result, namely, that the output distributions of super-logarithmic depth Clifford circuits are not sample-efficiently learnable in the statistical query model, i.e., when given query access to empirical expectation values of bounded functions over the sample space. This immediately implies the hardness, for both quantum and classical algorithms, of learning from statistical queries the output distributions of local quantum circuits using any gate set which includes the Clifford group. As many practical generative modelling algorithms use statistical queries -- including those for training quantum circuit Born machines -- our result is broadly applicable and strongly limits the possibility of a meaningful quantum advantage for learning the output distributions of local quantum circuits. As a positive result, we show that in a more powerful oracle model, namely when directly given access to samples, the output distributions of local Clifford circuits are computationally efficiently PAC learnable by a classical learner. Our results are equally applicable to the problems of learning an algorithm for generating samples from the target distribution (generative modelling) and learning an algorithm for evaluating its probabilities (density modelling). They provide the first rigorous insights into the learnability of output distributions of local quantum circuits from the probabilistic modelling perspective.


翻译:目前,人们对了解量子装置为概率建模所能提供的潜在优势非常感兴趣。 在这项工作中,我们在两个不同的神器模型中调查量子电路 Born 机器(即本地量子电路的输出分布)可能大致正确(PAC)的学习能力。我们首先发现一个负面的结果,即超级对数深度克里夫德电路的输出分布在统计查询模型中不能以样本效率高的方式学习,即当被查询进入抽样空间受约束功能的经验性预期值时。这立即意味着量子和经典算法在统计查询中都很难(PAC)学习包括克里福德集团在内的任何门组的本地量子电路的产出分布。由于许多实用的基因化模型算法使用统计查询方法,包括用于培训量子电路路路流的查询方法,我们的结果广泛适用,并大大限制了在学习当地量子电路路路路流分布方面有意义的量优势的可能性。作为肯定的结果,我们显示在更强大或更高级的模型模型中,即当直接访问到可直接了解的正向样本的正序流流流流流流流学,我们通过不断学习当地测算的结果。

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