Despite the great promise of quantum machine learning models, there are several challenges one must overcome before unlocking their full potential. For instance, models based on quantum neural networks (QNNs) can suffer from excessive local minima and barren plateaus in their training landscapes. Recently, the nascent field of geometric quantum machine learning (GQML) has emerged as a potential solution to some of those issues. The key insight of GQML is that one should design architectures, such as equivariant QNNs, encoding the symmetries of the problem at hand. Here, we focus on problems with permutation symmetry (i.e., the group of symmetry $S_n$), and show how to build $S_n$-equivariant QNNs. We provide an analytical study of their performance, proving that they do not suffer from barren plateaus, quickly reach overparametrization, and can generalize well from small amounts of data. To verify our results, we perform numerical simulations for a graph state classification task. Our work provides the first theoretical guarantees for equivariant QNNs, thus indicating the extreme power and potential of GQML.


翻译:尽管量子机器学习模型大有希望,但在释放其全部潜力之前,必须克服若干挑战。例如,基于量子神经网络(QNNs)的模型在其培训场景中可能会受到本地小型和贫瘠高原过多的影响。最近,新兴的几何量子机器学习领域(GQML)成为其中一些问题的潜在解决办法。GQML的主要见解是,设计结构,例如等等等等等等等QNNNS,将手头问题的对称编码编码。在这里,我们注重于量子神经网络(QNNs)的对称问题(即对称合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合

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