面向GPU加速量子电路模拟的张量网络收缩计划的排序学习

arXiv cs.LG 论文

摘要

一篇研究论文,提出了一种排序学习框架,用于为GPU加速的量子电路模拟选择高效张量网络收缩计划,该框架使用从GPU测量中训练的梯度提升排序器。

arXiv:2608.05819v1 公告类型:新 摘要:经典模拟对于开发和验证量子算法仍然至关重要,但其成本随电路规模增长而迅速增加。张量网络收缩可以通过利用电路结构来降低这一成本,尽管其效率在很大程度上取决于所选的收缩计划。在GPU上,具有相似理论复杂度的计划可能表现差异很大,因为执行还取决于并行性、归约结构、内存流量和收缩几何形状。我们提出了一种排序学习框架,在执行收缩计划之前选择高效的收缩计划。每个计划由直接从其逐对收缩序列导出的结构特征表示,并使用成对和列表式目标从GPU测量中训练梯度提升排序器。我们在多样化的电路族上评估了所得模型,使用独立的分布内和电路族偏移测试集,并将它们与随机和基于MinFill的基线进行比较。学习到的排序器通常能识别更好的计划,其中列表式模型提供了最强的整体决策质量。我们还通过比较两种GPU架构上的经验计划排序,并评估在第二个设备上无需重新训练的源训练模型,来研究后端偏移。这些排序在GPU之间基本保持稳定,但并非完全稳定,模型保持了有用的决策质量。这些结果支持排序学习作为一种减少收缩计划搜索的实用方法,同时也表明性能仍部分依赖于后端。
查看原文
查看缓存全文

缓存时间: 2026/08/07 07:52

# 面向GPU加速量子电路模拟的张量网络收缩计划的学习排序
来源:https://arxiv.org/html/2608.05819

Alfred M. Pastor  
[[email protected]](https://arxiv.org/html/2608.05819v1/mailto:[email protected])  
Department of Computer Science, Universitat de València, 46100 Burjassot, Spain

Maribel Castillo  
[[email protected]](https://arxiv.org/html/2608.05819v1/mailto:[email protected])  
Department of Computer Science and Engineering, Universitat Jaume I, 12071 Castelló de la Plana, Spain

Jose M. Badia  
[[email protected]](https://arxiv.org/html/2608.05819v1/mailto:[email protected])  
Department of Computer Science and Engineering, Universitat Jaume I, 12071 Castelló de la Plana, Spain

###### 摘要

经典模拟对于量子算法的开发和验证仍然至关重要,但其成本随电路规模迅速增长。张量网络收缩可以通过利用电路结构来降低这一成本,不过其效率在很大程度上取决于所选的收缩计划。在GPU上,理论复杂度相近的计划可能表现差异很大,因为执行还依赖于并行性、归约结构、内存流量和收缩几何结构。我们提出了一种学习排序(Learning to Rank)框架,用于在执行之前选择高效的收缩计划。每个计划由直接从其成对收缩序列中导出的结构特征表示,并使用列表式(listwise)和成对式(pairwise)目标从GPU测量数据训练梯度提升排序器。我们在多种电路族上评估所得模型,使用独立的分布内测试集和电路族偏移测试集,并与随机基线和基于MinFill的基线进行比较。学习到的排序器通常能识别更好的计划,其中列表式模型提供了最强的整体决策质量。我们还通过比较两种GPU架构上的经验计划排序,并在不重新训练的情况下在第二个设备上评估源训练模型,来研究后端偏移。排名在GPU之间基本(尽管并非完全)保持稳定,且模型保留了有用的决策质量。这些结果支持将学习排序作为减少收缩计划搜索的一种实用方法,同时也表明性能在一定程度上仍依赖于后端。

## 1 引言

在量子计算研究中,经典模拟仍然是一个重要组成部分。它支持算法的设计与测试、实验的验证以及量子硬件的基准测试。态矢量模拟通用且概念上简单,但其内存需求随量子比特数量呈指数增长。当电路具有可利用的结构时,张量网络方法提供了一种替代方案,允许某些模拟超越存储完整量子态所能处理的规模[31](https://arxiv.org/html/2608.05819#bib.bib33)、[37](https://arxiv.org/html/2608.05819#bib.bib39)、[17](https://arxiv.org/html/2608.05819#bib.bib19)。张量网络模拟的成本在很大程度上取决于其张量的收缩顺序。收缩计划将该顺序表示为一系列成对收缩,而同一网络的不同计划可能具有非常不同的计算和内存需求[41](https://arxiv.org/html/2608.05819#bib.bib43)。寻找最优顺序是NP难的,因此实用工具依赖MinFill、图划分、社群检测和面向树宽的搜索等启发式方法[5](https://arxiv.org/html/2608.05819#bib.bib8)、[15](

相似文章

利用AI设计更好的量子电路

Reddit r/singularity

来自因斯布鲁克大学和NVIDIA的研究人员开发了一种利用多模态扩散模型的人工智能方法,可自动生成高效的量子电路,显著缩短电路长度,并重新发现了如量子傅里叶变换等教科书电路。

Gated QKAN-FWP: Scalable Quantum-inspired Sequence Learning

Hugging Face Daily Papers

# Paper page - Gated QKAN-FWP: Scalable Quantum-inspired Sequence Learning Source: [https://huggingface.co/papers/2605.06734](https://huggingface.co/papers/2605.06734) Authors: , , , , , , , , , , , , , , , , , ## Abstract Quantum\-inspired fast\-weight programming framework using single\-qubit circuits achieves superior forecasting performance with reduced parameters compared to classical recurrent models while maintaining NISQ device compatibility\. [Fast Weight Programmers](https://huggingfac

MALOQ: 用于量子输运的算符大规模加速学习

arXiv cs.LG

MALOQ 引入了一种大规模加速的机器学习模型,用于预测密度泛函理论的哈密顿矩阵/密度矩阵,利用 SO(2) 等变骨干网络和可扩展的图分布,支持对多达10万个原子的系统进行电子结构计算,在 Alps 超级计算机上实现了超过30%的每轮训练时间减少。