自适应贝叶斯单次量子传感-计算机科学-机器学习-量子传感-量子信道.pdf

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自适应贝叶斯单次量子传感

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IvanaNikoloska,RuudvanSloun,andOsvaldoSimeone

1SignalProcessingSystemsGroup,DepartmentofElectricalEngineering,EindhovenUniversityofTechnology,Eindhoven,

5612AP,TheNetherlands

2KCLIPlab,CenterforIntelligentInformationProcessingSystems,DepartmentofEngineering,King’sCollegeLondon,Strand,

London,WC2R2LS,UnitedKingdom

量子传感利用量子系统的独特性质，以实现重大挑战。现实世界的量子传感器必须在当前一

对时间、磁场和电场、加速度及重力梯度等物理代硬件上运行，这些硬件本质上受到噪声、退相

量的高精度测量，远超经典传感器的能力。然而，干和物理限制的制约。特别是，处于嘈杂中尺度

本识别合适的传感探针和测量方案可能是一个在经量子(NISQ)领域的设备容易出现相干性丧失和

译典计算上难以处理的任务，因为这需要在高维希采样不准确的问题，这些问题可能会不利地影响

中尔伯特空间中进行优化。在变分量子传感中，通测量保真度。此外，为特定计量目标设计接近最

过参数化量子电路（PQC）生成一个探测量子系优的量子传感协议涉及导航高维希尔伯特空间，

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v统，并通过量子信道将其暴露于未知物理参数下，这个问题通常使用穷举有哪些信誉好的足球投注网站方法在计算上是难以

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7然后进行测量以收集经典数据。通常使用基于频承受的。

4

6率学习标准的离线策略来优化PQC和测量。本

1.文介绍了一种自适应协议，该协议利用贝叶斯推为了解决这一问题，变分量子算法（VQA）[6,

7

0理通过最大化主动信息增益来优化传感政策。所7]作为一类有前景的技术出现了，用于在NISQ

5提出的变分方法专为非渐近情况设计，在这些情

2硬件限制内优化量子系统。在传感领域，变分量

:况下可以在每个时间步骤部署单个探测器，并扩

v子传感（VQS）框架[8,9,10,11,12]利用参数化

i

x展以支持从多个量子传感代理融合估计值。量子电路（PQC）设计探测态和测量可观测值，

r

a

这些被优化以适应手头的估计任务。

1介绍

如图1（左）所示，典型的VQS管道涉及通

1.1背景和动机

过PQC生成量子探针状态，使其与未知参数通

量子传感从根本上由量子力学原理所使能——同过量子通道相互作用，并测量结果状态以获得经

时也受到限制。这些原理设定了测量精度的内在典数据。然后，这些数据由经典的估计程序处理

极限，但也通过利用量子相干性和纠缠等非经典以产生参数的估计值。

现象为增强灵敏度提供了机会。量子传感利用这

些效应超越了传统传感器的性能界限，在包括引

如下一小节所述，大多数关于VQS的研究依

力波探测和生物医学成像[1,2,3,4,5]等领域具

赖于基于频率主义原则的批处理学习策略。这些