基于深度强化学习的虚时间演化量子电路自动化设计研究

高效基态搜索是推动组合优化问题和量子化学研究的基础。虽然变分虚时间演化(VITE)方法为变分量子本征求解器(VQE)和量子近似优化算法(QAOA)提供了实用替代方案,但其在中等规模含噪声量子(NISQ)设备上的实现受限于手动设计拟设的门数量和电路深度。本研究提出基于双深度Q网络(DDQN)的VITE电路自动设计框架,将电路构建转化为多目标优化问题,同步实现能量期望值最小化与电路复杂度优化。通过引入自适应阈值,该方案显著降低了硬件开销:在最大割问题中,智能体自主设计的电路较标准硬件高效拟设平均减少约37%量子门和43%电路深度;对于氢分子(H₂)体系,在保持更浅电路深度的同时仍达到完全组态相互作用极限。这些结果表明深度强化学习有助于发现非直觉的最优电路结构,为面向硬件的高效量子算法设计提供了新路径。
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提交arXiv: 2026-04-09 08:17

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