Variationeller Schaltkreis

Ein variationeller Schaltkreis (oder parametrisierter Quantenschaltkreis, PQC) ist ein Quantenschaltkreis, der Rotationsgatter mit abstimmbaren Parametern θ = (θ₁, θ₂, ..., θₙ) enthält. Der Schaltkreis bereitet einen Versuchszustand |ψ(θ)⟩ vor, dessen Eigenschaften von den Parametern abhängen. Ein klassischer Optimierer passt die Parameter an, um eine aus Quantenmessungen berechnete Kostenfunktion C(θ) zu minimieren. Die Parameter-Shift-Regel liefert einen analytischen Gradienten von Quantenschaltkreisen: ∂C/∂θᵢ = [C(θᵢ + π/2) − C(θᵢ − π/2)] / 2. Dies ermöglicht gradientenbasierte Optimierung. Variationelle Schaltkreise liegen VQE, QAOA, QML (Quanten-Neuronale-Netze) und Quantenkernmethoden zugrunde. Die Ausdruckskraft eines variationellen Schaltkreises (wie viele Zustände er darstellen kann) und seine Trainierbarkeit (Anfälligkeit für Barren Plateaus) sind zentrale Forschungsfragen. PennyLane und HLQuantum unterstützen beide differenzierbare variationelle Schaltkreise mit PyTorch- und JAX-Integration.