单坐标优化:变分量子算法中Rotosolve方法的收敛性保证
本论文解决了量子参数化电路训练优化算法领域的一个开放性问题:流行的Rotosolve算法是否收敛?迄今为止,基于插值的坐标下降方法(如Rotosolve)大多被视为启发式算法,缺乏正式的收敛性保证。该团队严格分析了Rotosolve,证明在优化曲面非凸且光滑的情况下,该算法能收敛至ε-稳定点;若目标函数还满足Polyak-Lojasiewicz(PL)条件,则可收敛至ε-次优点。此外,研究人员推导了有限量子测量机制下的最坏情况收敛速率,并与基于坐标的随机梯度下降法(RCD)进行了对比。尽管最坏情况下两者的收敛速率表面等价,但本文提出了更细致的比较依据。值得注意的是,Rotosolve无需超参数调节,其更新过程隐式利用了一阶和二阶导数。最后,该工作通过量子机器学习数值实验验证理论发现,并将Rotosolve与RCD、随机梯度下降、随机扰动近似法及无梯度随机方法进行了性能对比。

