- Учёные НИТУ МИСИС разработали новый протокол для оптимизации квантовых алгоритмов с помощью специально контролируемого шума.
- Протокол снижает влияние мелких локальных минимумов функции потерь, улучшая точность и скорость нахождения оптимальных решений.
- Разработка получила поддержку Российского научного фонда, а результаты опубликованы в журнале Physical Review A.
Специалисты из Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» представили инновационный подход к улучшению работы квантовых вычислительных алгоритмов. Новый протокол направлен на оптимизацию процессов обучения и поиска решений в квантовом машинном обучении, которое традиционно сталкивается с проблемой «застревания» алгоритмов в локальных минимумах.
Как объясняет старший научный сотрудник лаборатории квантовых информационных технологий НИТУ МИСИС Никита Немков, основной сложностью в обучении квантовых моделей является наличие множества параметров и связанных с ними функций потерь. Эти функции характеризуют точность решения — чем выше значение, тем хуже результат. Проблема в том, что из-за множества мелких впадин (локальных минимумов) алгоритмы могут «залипать» на неэффективных решениях, не достигая глобального оптимума.
Предложенный учёными метод заключается в управляемом добавлении специальных каналов шума, благодаря которым мелкие флуктуации функции потерь сглаживаются. «Это подобно тому, как если бы мелкие ямы на горе были засыпаны песком, убирая препятствия на пути к самой низкой точке», — поясняет Немков. Такой подход позволяет алгоритму проще и эффективнее продвигаться к оптимальным решениям.
Руководитель научной группы по квантовым информационным технологиям Алексей Фёдоров отмечает, что новый протокол может быть совмещён с уже известными методами оптимизации, например, с квантовым оптимизатором естественного градиента. Технически внедрение инновации не требует значительных ресурсов и применимо как в классических симуляторах квантовых цепей, так и на реальных квантовых устройствах.
В рамках исследования протокол испытали на тестовых задачах и квантовой свёрточной нейросети, где он продемонстрировал значительное улучшение качества поиска решений. В частности, вероятность нахождения корректного глобального оптимума возросла в несколько раз по сравнению с традиционными методами.
Проект получил финансирование от Российского научного фонда, а итоги работы опубликованы в авторитетном научном издании Physical Review A, что подчёркивает международное признание исследовательского вклада учёных НИТУ МИСИС в области квантовых технологий.
