Experimental Quantum Principal Component Analysis via Parametrized Quantum Circuits

计算机科学 参数化复杂度 量子 本征脸 量子机器学习 物理 主成分分析 量子计算机 量子电路 量子力学 量子态 电子线路 算法 量子算法 人工智能 量子纠错 面部识别系统 模式识别(心理学)
作者
Tao Xin,Liangyu Che,Xi Cheng,Amandeep Singh,Xinfang Nie,Jun Li,Ying Dong,Dawei Lu
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:126 (11) 被引量:48
标识
DOI:10.1103/physrevlett.126.110502
摘要

Principal component analysis (PCA) is a widely applied but rather time-consuming tool in machine learning techniques. In 2014, Lloyd, Mohseni, and Rebentrost proposed a quantum PCA (qPCA) algorithm [Lloyd, Mohseni, and Rebentrost, Nat. Phys. 10, 631 (2014)] that still lacks experimental demonstration due to the experimental challenges in preparing multiple quantum state copies and implementing quantum phase estimations. Here, we propose a new qPCA algorithm using the hybrid classical-quantum control, where parameterized quantum circuits are optimized with simple measurement observables, which significantly reduces the experimental complexity. As one important PCA application, we implement a human face recognition process using the images from the Yale Face Dataset. By training our quantum processor, the eigenface information in the training dataset is encoded into the parameterized quantum circuit, and the quantum processor learns to recognize new face images from the test dataset with high fidelities. Our work paves a new avenue toward the study of qPCA applications in theory and experiment.
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