We initiate the study of quantum algorithms for escaping from saddle points with provable guarantee. Given a function $f\colon\mathbb{R}^{n}\to\mathbb{R}$, our quantum algorithm outputs an $\epsilon$-approximate second-order stationary point using $\tilde{O}(\log^{2} (n)/\epsilon^{1.75})$ queries to the quantum evaluation oracle (i.e., the zeroth-order oracle). Compared to the classical state-of-the-art algorithm by Jin et al. with $\tilde{O}(\log^{6} (n)/\epsilon^{1.75})$ queries to the gradient oracle (i.e., the first-order oracle), our quantum algorithm is polynomially better in terms of $\log n$ and matches its complexity in terms of $1/\epsilon$. Technically, our main contribution is the idea of replacing the classical perturbations in gradient descent methods by simulating quantum wave equations, which constitutes the improvement in the quantum query complexity with $\log n$ factors for escaping from saddle points. We also show how to use a quantum gradient computation algorithm due to Jordan to replace the classical gradient queries by quantum evaluation queries with the same complexity. Finally, we also perform numerical experiments that support our theoretical findings.


翻译:我们开始研究从马鞍点逃出去的量子算法, 以可变保证。 根据 $f\ cron\ mathb{R ⁇ n ⁇ to\mathb{R}美元的函数, 我们的量子算法输出了 $\ epsilon$- 近似第二阶固定点, 使用 $\ tilde{O} (log}2} (n)/\\\\ epsilon} (l2})(n) /\\\\\ silon\\\\\ 1. 75} ), 我们的量子算法对于量子评估或质子评估的质子评估或质子评估的复杂程度( 即零分级或角) 。 在技术上, 我们的主要贡献是, 与金等人的经典水平分析方法相比, 以 $\ tal_ 6} (n) (n) (nlog) (n) (n) (n) (n) (n) (n) (n\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\

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在数学中,鞍点或极大极小点是函数图形表面上的一点,其正交方向上的斜率(导数)都为零,但它不是函数的局部极值。鞍点是在某一轴向(峰值之间)有一个相对最小的临界点,在交叉轴上有一个相对最大的临界点。
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