Variational quantum algorithms hold the promise to address meaningful quantum problems already on noisy intermediate-scale quantum hardware. In spite of the promise, they face the challenge of designing quantum circuits that both solve the target problem and comply with device limitations. Quantum architecture search (QAS) automates the design process of quantum circuits, with reinforcement learning (RL) emerging as a promising approach. Yet, RL-based QAS methods encounter significant scalability issues, as computational and training costs grow rapidly with the number of qubits, circuit depth, and hardware noise. To address these challenges, we introduce $\textit{TensorRL-QAS}$, an improved framework that combines tensor network methods with RL for QAS. By warm-starting the QAS with a matrix product state approximation of the target solution, TensorRL-QAS effectively narrows the search space to physically meaningful circuits and accelerates the convergence to the desired solution. Tested on several quantum chemistry problems of up to 12-qubit, TensorRL-QAS achieves up to a 10-fold reduction in CNOT count and circuit depth compared to baseline methods, while maintaining or surpassing chemical accuracy. It reduces classical optimizer function evaluation by up to 100-fold, accelerates training episodes by up to 98$\%$, and can achieve 50$\%$ success probability for 10-qubit systems, far exceeding the $<$1$\%$ rates of baseline. Robustness and versatility are demonstrated both in the noiseless and noisy scenarios, where we report a simulation of an 8-qubit system. Furthermore, TensorRL-QAS demonstrates effectiveness on systems on 20-qubit quantum systems, positioning it as a state-of-the-art quantum circuit discovery framework for near-term hardware and beyond.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
150+阅读 · 2020年7月6日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
基于深度元学习的因果推断新方法
图与推荐
12+阅读 · 2020年7月21日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
论文浅尝 | 基于开放世界的知识图谱补全
开放知识图谱
11+阅读 · 2018年7月3日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+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 · 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
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关VIP内容
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
150+阅读 · 2020年7月6日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
基于深度元学习的因果推断新方法
图与推荐
12+阅读 · 2020年7月21日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
论文浅尝 | 基于开放世界的知识图谱补全
开放知识图谱
11+阅读 · 2018年7月3日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+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 · 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
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员