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講演抄録/キーワード
講演名 2019-05-20 16:10
変分量子回路パラメータ最適化のための逐次最小問題最適化法
中西 健東大)・藤井啓祐阪大)・藤堂眞治東大
技報オンラインサービス実施中(通ソ/ISS/ESS/エレソのみ)
抄録 (和) 我々は変分量子回路のパラメータ最適化のための最適化手法として、収束が速く、統計誤差に対して頑健で、ハイパーパラメータを持たない逐次最小問題最適化法を提案した。変分量子回路の最適化問題は、解析的に最小値を求められる部分問題に分割できる。具体的にパラメータの中から1つを選択した場合を考えると、コスト関数は周期$2pi$の単純なサインカーブとなっているので、選択したパラメータに関して最小値を厳密に求められる。一般の場合、コスト関数は特定の周期の三角関数の単純な合計によって与えられるため、古典コンピュータだけで最小値を求められる。部分問題を繰り返し解くことにより、コスト関数を最小化するように変分量子回路を最適化できる。数値シミュレーションにより、提案手法を既存の最適化アルゴリズムと比較した。提案手法は既存の最適化アルゴリズムよりもはるかに優れており、パラメータの初期値にほとんど依らず解に収束することがわかった。提案手法はあらゆる量子古典ハイブリッドアルゴリズムの高速化の目的で容易に用いることができるため、ノイズのある量子コンピュータの利用において重要なツールとなると期待できる。 
(英) We propose a sequential minimal optimization method for quantum-classical hybrid algorithms, which converges faster, is robust against statistical error, and is hyperparameter-free. Specifically, the optimization problem of the parameterized quantum circuits is divided into solvable subproblems by considering only a subset of the parameters. In fact, if we choose a single parameter, the cost function becomes a simple sine curve with period $2pi$, and hence we can exactly minimize with respect to the chosen parameter. Furthermore, even in general cases, the cost function is given by a simple sum of trigonometric functions with certain periods and hence can be minimized by using a classical computer. By repeatedly performing this procedure, we can optimize the parameterized quantum circuits so that the cost function becomes as small as possible. We perform numerical simulations and compare the proposed method with existing gradient-free and gradient-based optimization algorithms. We find that the proposed method substantially outperforms the existing optimization algorithms and converges to a solution almost independent of the initial choice of the parameters. This accelerates almost all quantum-classical hybrid algorithms readily and would be a key tool for harnessing near-term quantum devices.
キーワード (和) 変分量子回路 / NISQ / 最適化法 / 量子古典ハイブリッドアルゴリズム / / / /  
(英) parameterized quantum circuit / NISQ / optimization method / quantum-classical hybrid algorithm / / / /  
文献情報 信学技報
資料番号  
発行日  
ISSN Print edition: ISSN 0913-5685  Online edition: ISSN 2432-6380

研究会情報
研究会 QIT  
開催期間 2019-05-20 - 2019-05-21 
開催地(和) 九州大学 筑紫キャンパス 
開催地(英) Kyushu University, Chikushi Campus 
テーマ(和) 量子情報, 一般 
テーマ(英) Quantum Information 
講演論文情報の詳細
申込み研究会 QIT 
会議コード 2019-05-QIT 
本文の言語 日本語 
タイトル(和) 変分量子回路パラメータ最適化のための逐次最小問題最適化法 
サブタイトル(和)  
タイトル(英) Sequential minimal optimization for quantum-classical hybrid algorithms 
サブタイトル(英)  
キーワード(1)(和/英) 変分量子回路 / parameterized quantum circuit  
キーワード(2)(和/英) NISQ / NISQ  
キーワード(3)(和/英) 最適化法 / optimization method  
キーワード(4)(和/英) 量子古典ハイブリッドアルゴリズム / quantum-classical hybrid algorithm  
キーワード(5)(和/英) /  
キーワード(6)(和/英) /  
キーワード(7)(和/英) /  
キーワード(8)(和/英) /  
第1著者 氏名(和/英/ヨミ) 中西 健 / Ken M. Nakanishi / ナカニシ ケン
第1著者 所属(和/英) 東京大学 (略称: 東大)
The University of Tokyo (略称: The Univ. of Tokyo)
第2著者 氏名(和/英/ヨミ) 藤井 啓祐 / Keisuke Fujii / フジイ ケイスケ
第2著者 所属(和/英) 大阪大学 (略称: 阪大)
Osaka University (略称: Osaka Univ.)
第3著者 氏名(和/英/ヨミ) 藤堂 眞治 / Synge Todo / トウドウ シンジ
第3著者 所属(和/英) 東京大学 (略称: 東大)
The University of Tokyo (略称: The Univ. of Tokyo)
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講演者
発表日時 2019-05-20 16:10:00 
発表時間 20 
申込先研究会 QIT 
資料番号  
巻番号(vol)  
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