Born Machines are quantum-inspired generative models that leverage the probabilistic nature of quantum states. Here, we present a new architecture called many-body localized (MBL) hidden Born machine that uses both MBL dynamics and hidden units as learning resources. We theoretically prove that MBL Born machines possess more expressive power than classical models, and the introduction of hidden units boosts its learning power. We numerically demonstrate that the MBL hidden Born machine is capable of learning a toy dataset consisting of patterns of MNIST handwritten digits, quantum data obtained from quantum many-body states, and non-local parity data. In order to understand the mechanism behind learning, we track physical quantities such as von Neumann entanglement entropy and Hamming distance during learning, and compare the learning outcomes in the MBL, thermal, and Anderson localized phases. We show that the superior learning power of the MBL phase relies importantly on both localization and interaction. Our architecture and algorithm provide novel strategies of utilizing quantum many-body systems as learning resources, and reveal a powerful connection between disorder, interaction, and learning in quantum systems.


翻译:原生机器是量子驱动的基因模型,它利用量子状态的概率性。在这里,我们展示了一种称为多体局部(MBL)隐藏的本体机器的新结构,它使用MBL动态和隐藏的单元作为学习资源。我们理论上证明MBL原体机器拥有比古典模型更显眼的力量,而采用隐藏的单元则增强了它的学习能力。我们用数字来证明MBL隐藏的本机能够学习由MNIST手写数字模式、从量子多体状态获得的量子数据和非本地等数据组成的玩具数据集。为了了解学习后的机制,我们在学习过程中追踪了冯纽曼纠缠和Hamming距离等物理数量,比较MBL、热和安德森局部阶段的学习成果。我们证明MBL阶段的高级学习能力主要取决于本地化和互动。我们的架构和算法提供了利用量子多体系统学习资源的新策略,揭示了量子系统之间的强大联系。

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