Very little is known about the cost landscape for parametrized Quantum Circuits (PQCs). Nevertheless, PQCs are employed in Quantum Neural Networks and Variational Quantum Algorithms, which may allow for near-term quantum advantage. Such applications require good optimizers to train PQCs. Recent works have focused on quantum-aware optimizers specifically tailored for PQCs. However, ignorance of the cost landscape could hinder progress towards such optimizers. In this work, we analytically prove two results for PQCs: (1) We find an exponentially large symmetry in PQCs, yielding an exponentially large degeneracy of the minima in the cost landscape. (2) We show that noise (specifically non-unital noise) can break these symmetries and lift the degeneracy of minima, making many of them local minima instead of global minima. Based on these results, we introduce an optimization method called Symmetry-based Minima Hopping (SYMH), which exploits the underlying symmetries in PQCs to hop between local minima in the cost landscape. The versatility of SYMH allows it to be combined with local optimizers (e.g., gradient descent) with minimal overhead. Our numerical simulations show that SYMH improves the overall optimizer performance.


翻译:然而,在这项工作中,我们对成本前景的无知会阻碍这种优化的进展。我们从分析上证明PQC的两种结果:(1) 我们在PQC中发现了一个巨大的对称性(Symma-hopping),在成本前景中产生了一个巨型巨型的迷你性能。(2) 我们表明,噪音(特别是非整体性噪声)可以打破这些对称性,提高迷你性能的退化性能,使许多迷你性能成为本地迷你。基于这些结果,我们采用了一种叫作Syma Hopping(SyMH)的优化性能方法,它利用了当地最低性能结构的优化性能。

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