量子カーネル法の実践に向けた性能解析手法の確立および改良モデルの開発

量子核方法实现性能分析方法的建立和改进模型的开发

• 批准号: 22KJ2709
• 负责人: 鈴木 雄大
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2709/
• 关键词: 量子カーネル法; 量子機械学習; 機械学習; 量子コンピュータ

本年度は，量子カーネル法で使用する量子カーネルの問題点を解析的に明らかにし，さらにその解決策として新たな種類の量子カーネルを確立した．量子カーネル法は，広大な量子空間を機械学習のための特徴量抽出に活用する量子機械学習手法であり，分類などの機械学習タスクで従来手法の性能を凌駕する可能性が示されている．本手法では，量子空間におけるデータ間類似度を測る関数である，量子カーネルを用いて機械学習タスクが行われる．そのため量子カーネルの設計が非常に重要であり，これまでにはフィデリティ型の量子カーネルのみが使用されたきた．本研究では，このフィデリティ型量子カーネルを用いた場合に，量子ビット数の増加に伴いデータ間の違いが指数的に判別できなくなる「類似度消失問題」が生じることを解析的に示した．この結果は，量子実機での実装に指数的に多くの測定回数が必要となることを意味する．また未知のデータに対する性能が悪くなってしまい，量子ビット数を多く用いた場合において実用的に問題となることが判明した．さらに本年度は，この類似度消失問題に着目し，新たな量子カーネルとして量子フィッシャーカーネルを提案した．この量子フィッシャーカーネルは，古典フィッシャーカーネルを量子版へと拡張したものであり，量子状態に関する情報幾何的な量をもとに設計した新たな量子カーネルである．本研究では，Alternating layered ansatzという種類の量子回路を用いることで，本提案手法が類似度消失問題を回避しうることを解析的および数値的に示した．これらの成果は国際・国内学会で発表しており，また論文としてまとめた．

This year は quantum カ ー ネ ル with で す る quantum カ ー ネ ル の problem point を parsing に Ming ら か に し, さ ら に そ の solving strategy と し て new た な kinds の quantum カ ー ネ ル を establish し た. Quantum カ ー ネ は ル method, hiroo big な quantum space を rote learning の た め の, 徴 quantity spare に use す る quantum mechanical learning technique で あ り, classification な ど の rote learning タ ス ク で 従 to technique の performance を above す が る possibility in さ れ て い る. This technique で は, quantum space に お け る デ ー タ similar degree between を measuring る masato number で あ る, quantum カ ー ネ ル を with い て rote learning タ ス ク が line わ れ る. Quantum カ そ の た め ー ネ ル の design が very important で に あ り, こ れ ま で に は フ ィ デ リ テ ィ type の quantum カ ー ネ ル の み が use さ れ た き た. This study で は, こ の フ ィ デ リ テ ィ type quantum カ ー ネ ル を with い に た situations, quantum ビ ッ ト Numbers is の raised に with い デ ー タ の violations between い が index に discriminant で き な く な る disappear "similar degree problem" born が じ る こ と を に of parsing the し た. The <s:1> <s:1> result する, the に multiple く <s:1> determination cycles of the に exponent of the に exponent of the quantum real machine で <s:1> real installation に, が necessary となる とを とを implies する. ま た unknown の デ ー タ に す seaborne る performance が 悪 く な っ て し ま い, quantum ビ ッ ト を much く with い た occasions に お い て be used に problem と な る こ と が.at し た. さ ら に this year は こ の disappear the problem of に mesh し similar degree, new た な quantum カ ー ネ ル と し て quantum フ ィ ッ シ ャ ー カ ー ネ ル を proposal し た. こ の quantum フ ィ ッ シ ャ ー カ ー ネ ル は, classical フ ィ ッ シ ャ ー カ ー ネ ル を quantum version へ と company, zhang し た も の で あ り, quantum state に masato す る intelligence geometry of な を も と に design し た new た な quantum カ ー ネ ル で あ る. This study で は, Alternating layered ansatz と い の quantum loop を う species use い る こ と で, this proposed technique が similar degrees disappear problem を avoid し う る こ と を parsing お よ び the numerical に し in た. Youdaoplaceholder6 れら れら れら achievements で international and domestic academic societies で publication list てお てお, また papers と てまとめた てまとめた.

项目成果

Quantum kernel methods utilizing the geometry of parameterized quantum circuits

利用参数化量子电路几何结构的量子核方法

• 发表时间: 2022
• 作者: Yudai Suzuki;Hideaki Kawaguchi;Naoki Yamamoto
• 通讯作者: Naoki Yamamoto

Quantum Fisher kernel for mitigating the vanishing similarity issue

• DOI: 10.1088/2058-9565/ad4b97
• 发表时间: 2022-10
• 期刊: Quantum Science and Technology
• 影响因子: 6.7
• 作者: Yudai Suzuki;Hideaki Kawaguchi;Naoki Yamamoto

量子フィッシャーカーネルによる類似度消失問題の緩和

使用量子费希尔核缓解相似性消失问题

• 发表时间: 2022
• 作者: Ashkan Mokhtar;Yuji Akaishi;Sunnam Kim;Seiji Kurihara;Tetsuya Kida;Tsuyoshi Fukaminato;鈴木雄大，川口英明，山本直樹
• 通讯作者: 鈴木雄大，川口英明，山本直樹