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Experimental quantum speed-up in reinforcement learning agents

Saggio, V. und Asenbeck, B. E. und Hamann, A. und Strömberg, T. und Schiansky, P. und Dunjko, V. und Friis, N. und Harris, N. C. und Hochberg, M. und Englund, D. und Wölk, Sabine Esther und Briegel, H. J. und Walther, P. (2021) Experimental quantum speed-up in reinforcement learning agents. Nature, 591 (7849), Seiten 229-233. Nature Publishing Group. doi: 10.1038/s41586-021-03242-7. ISSN 0028-0836.

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Offizielle URL: http://dx.doi.org/10.1038/s41586-021-03242-7

Kurzfassung

As the field of artificial intelligence advances, the demand for algorithms that can learn quickly and efficiently increases. An important paradigm within artificial intelligence is reinforcement learning, where decision-making entities called agents interact with environments and learn by updating their behaviour on the basis of the obtained feedback. The crucial question for practical applications is how fast agents learn. Although various studies have made use of quantum mechanics to speed up the agent's decision-making process, a reduction in learning time has not yet been demonstrated. Here we present a reinforcement learning experiment in which the learning process of an agent is sped up by using a quantum communication channel with the environment. We further show that combining this scenario with classical communication enables the evaluation of this improvement and allows optimal control of the learning progress. We implement this learning protocol on a compact and fully tunable integrated nanophotonic processor. The device interfaces with telecommunication-wavelength photons and features a fast active-feedback mechanism, demonstrating the agent's systematic quantum advantage in a setup that could readily be integrated within future large-scale quantum communication networks.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/141373/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Experimental quantum speed-up in reinforcement learning agents
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Saggio, V.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Asenbeck, B. E.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hamann, A.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Strömberg, T.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schiansky, P.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dunjko, V.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Friis, N.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Harris, N. C.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hochberg, M.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Englund, D.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wölk, Sabine EstherSabine.Woelk (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Briegel, H. J.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Walther, P.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:März 2021
Erschienen in:Nature
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:591
DOI:10.1038/s41586-021-03242-7
Seitenbereich:Seiten 229-233
Verlag:Nature Publishing Group
ISSN:0028-0836
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Quantum reinforcement learning
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R - keine Zuordnung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - keine Zuordnung
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für Quantentechnologien > Theoretische Quantenphysik
Hinterlegt von: Wölk, Sabine Esther
Hinterlegt am:16 Mär 2021 14:45
Letzte Änderung:16 Mär 2021 14:45

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