Finding efficient optimization methods plays an important role for quantum optimization and quantum machine learning on near-term quantum computers. While backpropagation on classical computers is computationally efficient, obtaining gradients on quantum computers is not, because the computational complexity usually scales with the number of parameters and measurements. In this paper, we connect Koopman operator theory, which has been successful in predicting nonlinear dynamics, with natural gradient methods in quantum optimization. We propose a data-driven approach using Koopman operator learning to accelerate quantum optimization and quantum machine learning. We develop two new families of methods: the sliding window dynamic mode decomposition (DMD) and the neural DMD for efficiently updating parameters on quantum computers. We show that our methods can predict gradient dynamics on quantum computers and accelerate the variational quantum eigensolver used in quantum optimization, as well as quantum machine learning. We further implement our Koopman operator learning algorithm on a real IBM quantum computer and demonstrate their practical effectiveness.


翻译:寻找高效优化方法对量子优化和量子机器在近期量子计算机上学习起着重要作用。 虽然古典计算机的反向反射在计算上效率很高,但在量子计算机上获取梯度并不有效,因为计算复杂性通常与参数和测量数量相比。 在本文中,我们将已经成功地预测非线性动态的Koopman操作员理论与量子优化中的自然梯度方法联系起来。我们提议了一种数据驱动方法,使用Koopman操作员学习加速量子优化和量子机器学习。我们开发了两种新的方法组合:滑动窗口动态模式分解(DMD)和神经DMD,以高效更新量子计算机的参数。我们显示,我们的方法可以预测量子计算机的梯度动态,加速量子优化中使用的变量子素索尔法以及量子机器学习。我们进一步实施我们的Koopman操作员在真正的 IBM量子计算机上学习算法,并展示其实用性。

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
73+阅读 · 2022年6月28日
【2022新书】高效深度学习,Efficient Deep Learning Book
专知会员服务
118+阅读 · 2022年4月21日
Fariz Darari简明《博弈论Game Theory》介绍,35页ppt
专知会员服务
110+阅读 · 2020年5月15日
专知会员服务
161+阅读 · 2020年1月16日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
152+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
IEEE ICKG 2022: Call for Papers
机器学习与推荐算法
3+阅读 · 2022年3月30日
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
28+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
17+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
11+阅读 · 2022年9月1日
Arxiv
23+阅读 · 2022年2月24日
Arxiv
28+阅读 · 2021年9月18日
Arxiv
35+阅读 · 2020年1月2日
VIP会员
相关资讯
IEEE ICKG 2022: Call for Papers
机器学习与推荐算法
3+阅读 · 2022年3月30日
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
28+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
17+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员