We present a new optimization method for small-to-intermediate scale variational algorithms on noisy near-term quantum processors which uses a Gaussian process surrogate model equipped with a classically-evaluated quantum kernel. Variational algorithms are typically optimized using gradient-based approaches however these are difficult to implement on current noisy devices, requiring large numbers of objective function evaluations. Our scheme shifts this computational burden onto the classical optimizer component of these hybrid algorithms, greatly reducing the number of queries to the quantum processor. We focus on the variational quantum eigensolver (VQE) algorithm and demonstrate numerically that such surrogate models are particularly well suited to the algorithm's objective function. Next, we apply these models to both noiseless and noisy VQE simulations and show that they exhibit better performance than widely-used classical kernels in terms of final accuracy and convergence speed. Compared to the typically-used stochastic gradient-descent approach for VQAs, our quantum kernel-based approach is found to consistently achieve significantly higher accuracy while requiring less than an order of magnitude fewer quantum circuit evaluations. We analyse the performance of the quantum kernel-based models in terms of the kernels' induced feature spaces and explicitly construct their feature maps. Finally, we describe a scheme for approximating the best-performing quantum kernel using a classically-efficient tensor network representation of its input state and so provide a pathway for scaling these methods to larger systems.


翻译:我们为噪音的近期量子处理器提供了一种新型的中小型变制算法新优化方法,该算法使用一种配有古典评价量子内核的Gausian过程代金模型。变式算法通常使用梯度法优化,但对于目前的噪音装置则很难实施,需要大量的客观功能评价。我们的计划将这一计算负担转到这些混合算法的经典优化部分,大大减少了对量子处理器的查询次数。我们侧重于变式量量子离子(VQE)算法,并用数字显示这种代金模型特别适合算法的目标功能。接下来,我们将这些模型应用到无噪音和噪音的VQE模拟中,显示它们的表现优于在最终准确性和趋同速度上广泛使用的古典内核内核内核部分。相比,我们基于量子内核的计算法方法可以持续地达到更高的精确度,同时要求其精度的缩略度模型的缩略度和直径直径直径直径的直径直径图,我们用其直径直径直径直径直的直径直径直的直径直径直径直径路路段图来分析。

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