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Improving thermal state preparation of Sachdev-Ye-Kitaev model with reinforcement learning on quantum hardware

Created by
  • Haebom

저자

Akash Kundu

개요

Sachdev-Ye-Kitaev (SYK) 모델의 열 상태를 근시일 내 양자 프로세서에서 변분적으로 준비하는 것은 시스템 크기가 커짐에 따라 어려움이 증가한다. 본 논문은 강화 학습(RL)과 합성곱 신경망을 통합하여 이 문제를 해결한다. RL을 이용하여 양자 회로와 그 파라미터를 반복적으로 최적화하며, 엔트로피와 SYK 해밀토니안의 기대값으로부터 유도된 복합 보상 신호로 학습 과정을 안내한다. 이 방법은 기존의 1차 Trotterization 방법에 비해 N≥12 시스템에서 CNOT 게이트 수를 두 자릿수 감소시키며, 노이즈가 있는 환경에서도 높은 정확도를 유지한다. 이는 양자 중력 연구 및 양자 다체계의 시간 순서가 뒤바뀐 열 상관 관계 계산에 응용 가능한 확장 가능한 RL 기반 프레임워크를 제시한다.

시사점, 한계점

시사점:
강화학습과 합성곱 신경망을 이용하여 대규모 SYK 모델의 열 상태를 효율적으로 준비하는 방법 제시.
기존 방법 대비 CNOT 게이트 수를 두 자릿수 감소시켜 양자 컴퓨팅 자원을 효율적으로 사용.
노이즈가 있는 양자 하드웨어 환경에서도 높은 정확도를 유지하며, 실제 양자 컴퓨터에 적용 가능성을 보여줌.
양자 중력 연구 및 양자 다체계의 시간 순서가 뒤바뀐 열 상관 관계 계산에 활용 가능한 새로운 프레임워크 제공.
한계점:
본 논문에서 제시된 방법의 확장성에 대한 추가적인 연구가 필요함. (e.g., 더욱 큰 시스템 크기에 대한 적용 가능성)
다른 양자 다체계 모델에 대한 일반화 가능성에 대한 추가적인 연구가 필요함.
RL 기반 최적화의 수렴 속도 및 안정성에 대한 추가적인 분석이 필요함.
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