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TensorRL-QAS: Reinforcement learning with tensor networks for scalable quantum architecture search

Created by
  • Haebom

저자

Akash Kundu, Stefano Mangini

개요

TensorRL-QAS는 텐서 네트워크(TN) 방법과 강화 학습(RL)을 결합하여 양자 회로 설계를 자동화하는 확장 가능한 프레임워크입니다. 기존 RL 기반 양자 아키텍처 탐색(QAS) 방법의 확장성 문제를 해결하기 위해, 목표 솔루션의 행렬 곱 상태(MPS) 근사를 사용하여 탐색 공간을 효과적으로 축소합니다. 최대 12-qubit의 양자 화학 문제에 대한 테스트 결과, 기준 방법에 비해 CNOT 개수 및 회로 깊이를 최대 10배까지 줄이고, 화학적 정확도를 유지하거나 능가하는 성능을 보였습니다. 함수 평가 횟수는 최대 100배 감소하고, 학습 에피소드는 최대 98% 단축되었으며, 10-qubit 시스템에서 최대 50%의 성공 확률을 달성했습니다 (기준 방법은 1% 미만). 잡음이 없는 시나리오와 잡음이 있는 시나리오(최대 8-qubit 시뮬레이션) 모두에서 강건성과 다양성을 입증했습니다.

시사점, 한계점

시사점:
텐서 네트워크를 활용하여 RL 기반 QAS의 확장성 문제를 효과적으로 해결했습니다.
기존 방법 대비 CNOT 개수, 회로 깊이, 함수 평가 횟수, 학습 시간을 크게 단축시켰습니다.
10-qubit 시스템에서 높은 성공 확률을 달성했습니다.
잡음이 있는 환경에서도 강건한 성능을 보였습니다.
근시일 내 양자 하드웨어에서 효율적인 양자 회로 발견 프로토콜로서의 가능성을 제시했습니다.
한계점:
12-qubit 이상의 시스템에 대한 성능은 검증되지 않았습니다.
잡음이 있는 환경에서의 시뮬레이션은 최대 8-qubit로 제한되었습니다.
더욱 다양한 양자 문제에 대한 적용 가능성에 대한 추가 연구가 필요합니다.
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