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Memory-Based Deep Reinforcement Learning for Quantum Control With Partial Observations

delete2025-11-28
delete0
PRE
AI
H
Haixu Yu
Q
Qi Yu
C
Chunlin Chen
赵
赵旭东 (Xudong Zhao)
DOI:10.1109/TETCI.2025.3631693delete
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摘要

摘要

En 中文
深度强化学习(DRL)在量子物理中获得了越来越多的关注,特别是在量子控制问题上,因为它能有效处理高维性和复杂动力学。然而,许多现有的基于DRL的量子控制方法假设量子状态完全可观测,这由于精确量子测量所需的大量状态拷贝而往往不切实际。为解决此问题,我们在部分观测条件下对量子控制进行建模,并提出了一种基于记忆的DRL(MDRL)方法来高效处理此类场景。所提出的MDRL包含两个关键组件:基于记忆的探索策略和基于记忆的奖励机制。具体而言,智能体配备了一个受生物启发的脑结构,用于记忆来自部分观测的信息,包括某一幕是否成功以及成功完成某一幕所花费的步数。探索策略利用记忆的信息来指导与量子系统的交互,而奖励机制则分配适当的奖励,共同使智能体能够学习到有效的控制策略。MDRL的有效性通过三个示例进行了验证,即单量子比特状态控制、双量子比特状态控制和 $T_{x}$ 门设计。数值结果表明,MDRL在量子控制方面优于几种代表性的DRL算法。
Keyword:
Deep reinforcement learning
quantum control
partial observations
exploration strategy
reward design

期刊

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IEEE Transactions on Emerging Topics in Computational Intelligence
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