The evolution of an isolated quantum system is linear, and hence quantum algorithms are reversible, including those that utilize quantum circuits as generative machine learning models. However, some of the most successful classical generative models, such as those based on neural networks, involve highly non-linear and thus non-reversible dynamics. In this paper, we explore the effect of these dynamics in quantum generative modeling by introducing a model that adds non-linear activations via a neural network structure onto the standard Born Machine framework - the Quantum Neuron Born Machine (QNBM). To achieve this, we utilize a previously introduced Quantum Neuron subroutine, which is a repeat-until-success circuit with mid-circuit measurements and classical control. After introducing the QNBM, we investigate how its performance depends on network size, by training a 3-layer QNBM with 4 output neurons and various input and hidden layer sizes. We then compare our non-linear QNBM to the linear Quantum Circuit Born Machine (QCBM). We allocate similar time and memory resources to each model, such that the only major difference is the qubit overhead required by the QNBM. With gradient-based training, we show that while both models can easily learn a trivial uniform probability distribution, on a more challenging class of distributions, the QNBM achieves an almost 3x smaller error rate than a QCBM with a similar number of tunable parameters. We therefore provide evidence that suggests that non-linearity is a useful resource in quantum generative models, and we put forth the QNBM as a new model with good generative performance and potential for quantum advantage.


翻译:孤立的量子系统的演化是线性的,因此量子算法是可逆的,包括使用量子电路作为基因化机器学习模型的算法。然而,一些最成功的古典基因模型,例如以神经网络为基础的模型,涉及高度非线性,因而是不可逆的动态。在本文中,我们探讨这些动态在量子基因模型中的影响,方法是引入一个模型,通过神经网络结构将非线性活化添加到标准Born机器框架-Qauthum Neuron Born机器(QNBM)上。为此,我们使用了以前引入的量子中子神经系统参数子系统参数。然而,一些最成功的古典基因模型,如以中线性测量和经典控制为基础,涉及高度的非线性线性线性电路。在引入QNBM后,我们调查其性能如何取决于网络规模,通过一个具有4个输出神经元和各种输入和隐藏层尺寸的3级的3级模型,我们将非线性QBM 与直线性电路机(QBBM机)比较有价值。因此,我们可以轻易地将一个数值模型的数值和存储模型都显示一个比等级的数值模型。因此的稳定性模型的稳定性模型,因此,我们只需级模型需要一个比等级模型的数值和存储机的数值和存储的稳定性模型。

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