基于梯度的哈密顿下降的量子优化

随着机器学习的快速发展,一阶算法因其计算效率高和内存需求低的特点,已成为现代优化技术的核心。最近,加速梯度方法与阻尼重球运动之间的联系,特别是在哈密顿动力学框架内的联系,激发了连续优化领域创新量子算法的发展。其中一种算法,量子哈密顿下降法(QHD),利用量子隧穿效应逃离鞍点和局部极小值,从而在复杂的优化景观中发现全局解。然而,QHD面临一些挑战,包括与经典梯度方法相比收敛速度较慢,以及由于量子态的非局域性,在高度非凸问题中的鲁棒性有限。此外,原始的QHD公式主要依赖于函数值信息,这限制了其有效性。受高分辨率微分方程对经典方法加速机制解释的启发,研究团队提出了一种增强版的QHD,通过引入梯度信息,形成了基于梯度的QHD。基于梯度的QHD实现了更快的收敛速度,并显著提高了识别全局解的可能性。在具有挑战性的问题实例上的数值模拟表明,基于梯度的QHD在性能上优于现有的量子和经典方法,至少提高了一个数量级。

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