保结构扩散模型的量子态生成

Apr, 2024

Quantum State Generation with Structure-Preserving Diffusion Model

Yuchen Zhu, Tianrong Chen, Evangelos A. Theodorou, Xie Chen, Molei Tao

TL;DR针对量子系统状态的生成建模问题，本文提出了一种基于去噪扩散模型的方法，其关键创新点在于考虑了物理性质中的量子状态约束，通过 Mirror Diffusion Model 和设计出的镜像映射实现了严格保持结构的生成，实验验证了无条件生成和通过无监督分类器引导的条件生成的有效性，后者甚至在未知标签上生成了新的量子状态。

Abstract

This article considers the generative modeling of the states of quantum systems, and an approach based on denoising diffusion model is proposed. The key contribution is an algorithmic innovation that respects the

generative modeling denoising diffusion model quantum systems density matrix representation mirror diffusion model

发现论文，激发创造

量子噪声驱动的生成式扩散模型

量子驱动扩散模型的量子泛化被提出，并讨论了可在实际量子系统上进行实验测试的三种量子噪声驱动的生成扩散模型。通过利用量子噪声作为生成更复杂的概率分布的重要成分，我们的结果有望为处理从气候预测到神经科学、交通流分析到金融预测等广泛的实际应用任务的新型量子驱动生成扩散算法铺平道路。

Aug, 2023

量子生成扩散模型

此研究介绍了量子生成扩散模型（QGDM），一种完全的量子力学模型，用于生成量子态系列，灵感来自去噪扩散概率模型。QGDM 通过引入时间步骤相关的噪声进入量子态，并配对训练以逆转这种污染的降噪机制，高效地将完全混合态演化成目标量子态。与量子生成对抗网络的比较分析证明了 QGDM 的优越性，在涉及 4 个量子比特的数值模拟中，拟真度指标超过 0.99。此外，我们提出了一种资源高效的 QGDM 版本（RE-QGDM），其在涉及 8 个量子比特的任务中减少了对辅助量子比特的需求，同时保持了令人印象深刻的生成能力。这些结果展示了所提出模型在应对具有挑战性的量子生成问题方面的潜力。

Jan, 2024

量子去噪扩散模型

本研究探讨了量子机器学习和变分量子电路的整合，以增强扩散式图像生成模型的效力，并通过 MNIST 数字，Fashion MNIST 和 CIFAR-10 对两种量子扩散模型进行了基准测试，结果显示我们的模型在性能指标 FID、SSIM 和 PSNR 方面超越了传统模型。此外，我们还引入了一种一致性模型单一采样架构，将扩散过程合并为一步，实现了快速一步图像生成。

Jan, 2024

量子电路与扩散模型综合

量子计算中的生成机器学习模型和去噪扩散模型在产生期望的量子操作方面具有优势，并在纠缠生成和酉编译等任务中展示出灵活性和潜力。

Nov, 2023

去噪扩散概率模型的生成型量子机器学习

基于经典对应物，我们提出了量子去噪扩散概率模型（QuDDPM），以实现对量子数据的高效可训练生成学习。

Oct, 2023

使用矩阵乘积状态进行无监督生成建模

提出了一个使用矩阵乘积状态的基于概率论解释的生成模型，可以进行直接采样和动态调整张量尺寸，适用于无监督机器学习领域。

Sep, 2017

结构保持扩散模型

最近几年扩散模型已成为主要的分布学习方法。本文介绍了一种称为结构保持扩散过程的扩散模型系列，用于学习具有额外结构特征（例如群对称性）的分布。该研究通过开发理论条件，使扩散转移步骤保持所述对称性，从而使得数据采样轨迹具有等变性。我们以开发一系列不同对称等变的扩散模型来验证这些结果，并能够学习具有固有对称性的分布。通过在合成和真实数据集上进行实证研究，我们验证了所提出的模型符合提出的理论，并在样本均等性方面能够实现比现有方法更好的性能。我们还展示了如何使用所提出的模型，在不事先了解图像方向的情况下实现理论上有保证的等变图像降噪。

Feb, 2024

物理相关扩散模型

通过在模型训练过程中加入约束条件使其生成的样本更符合所施加的约束，从而提高生成样本与约束的一致性，且相较于现有方法有更好的性能且不影响推断速度；该方法还可以自然地防止过拟合。

Mar, 2024

神经密度算子的潜空间净化

本研究针对机器学习在与近期量子设备设计、验证甚至混合的潜力进行了探讨，其中一个核心问题是神经网络是否能够提供量子状态的可处理表示。通过基于受限玻尔兹曼机的密度矩阵参数化，本方法能够较好地应用于混合状态的编码，可用于无监督任务的生成建模和状态测量等诸多方面。通过数值实现并应用于一些典型的纠缠光子状态，达到了与标准技术相当的保真度。

Jan, 2018

图生成的离散状态连续时间扩散

本文提出了一种离散状态连续时间设置的图扩散生成模型，该模型在以前的图扩散模型中从未被研究过。分析表明，我们的训练目标与生成质量密切相关，我们提出的生成框架在节点排序的排列方面具有理想的不变 / 等变特性。我们的模型在各种基准测试中表现出有竞争力的实证性能，同时在采样阶段可以在生成质量和效率之间灵活权衡。

May, 2024