Federated learning refers to the task of performing machine learning with decentralized data from multiple clients while protecting data security and privacy. Works have been done to incorporate quantum advantage in such scenarios. However, when the clients' data are not independent and identically distributed (IID), the performance of conventional federated algorithms deteriorates. In this work, we explore this phenomenon in the quantum regime with both theoretical and numerical analysis. We further prove that a global quantum channel can be exactly decomposed into channels trained by each client with the help of local density estimators. It leads to a general framework for quantum federated learning on non-IID data with one-shot communication complexity. We demonstrate it on classification tasks with numerical simulations.


翻译:联邦学习是指在保护数据安全和隐私的同时利用多客户分散的数据进行机器学习的任务。已经努力将量子优势纳入这类假设中。但是,如果客户的数据不是独立和同样分布的(IID),常规联合算法的性能就会恶化。在这项工作中,我们用理论和数字分析在量子系统中探索这一现象。我们进一步证明,全球量子频道可以完全分解成每个客户在本地密度测量员的帮助下培训的频道。它导致一个总框架,用于对非IID数据进行量子联合学习,同时进行一次性通信复杂性。我们用数字模拟来演示分类任务。

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