• Home
  • News
  • Technology
  • Research
  • Teaching
  • Business
  • Jobs
  • Home
  • News
  • Technology
  • Research
  • Teaching
  • Business
  • Jobs
Contact
  • Deutsch
  • English

  • Home
  • News
  • Technology
  • Research
  • Teaching
  • Business
  • Jobs
Contact
  • Deutsch
  • English

Geometry-Aware Quantum GANs: Topology-Guided Architectures for Graph Generation

Geometry-Aware Quantum GANs: Topology-Guided
Architectures for Graph Generation

Abstract:

Generative modeling of complex structured data, such as graphs with embedded geometric constraints, continues to pose a fundamental challenge for classical machine learning approaches. In this study, we investigate the potential of Quantum Generative Adversarial Networks (QuGANs) to overcome these limitations by targeting a representative benchmark task: the generation of four-node complete graphs (K4) that reflect plausible flight-route topologies. These graphs must satisfy key geometric properties to be considered physically valid within Euclidean space, notably the triangle inequality for all sub-triangles and the Ptolemaic inequality for every quadruple of nodes. We present a rigorous comparative analysis between a classical Generative Adversarial Network (GAN) and several hybrid QuGAN variants, each employing a different quantum generator architecture. These include a generic and a problem-inspired entangled ansatz that incorporates the structural priors of the target graphs directly into the quantum circuit design.

Evaluation is conducted using Wasserstein and Jensen-Shannon divergence metrics, geometric validity checks, and a newly proposed Four-Point Ptolemaic Consistency Metric (4PCM). The Topology-inspired QuGAN emerges as the most successful architecture, striking an optimal balance between competing objectives. It delivers the highest geometric-validity scores among all QuGAN variants while simultaneously matching the classical GAN’s strong performance in reproducing the multimodal structure of the empirical data. These findings support the hypothesis that embedding domain-specific inductive biases into quantum models can significantly enhance their performance on complex scientific data generation tasks.

Author:

Markus Baumann

Advisors:

Tobias Rohe, Claudia Linnhoff-Popien


Student Practical Work | Published October 2025 | Copyright © QAR-Lab
Direct Inquiries to this work to the Advisors



QAR-Lab – Quantum Applications and Research Laboratory
Ludwig-Maximilians-Universität München
Oettingenstraße 67
80538 Munich
Phone: +49 89 2180-9153
E-mail: qar-lab@mobile.ifi.lmu.de

© Copyright 2025

General

Team
Contact
Legal notice

Social Media

Twitter Linkedin Github

Language

  • Deutsch
  • English
Cookie-Zustimmung verwalten
Wir verwenden Cookies, um unsere Website und unseren Service zu optimieren.
Funktional Always active
Die technische Speicherung oder der Zugang ist unbedingt erforderlich für den rechtmäßigen Zweck, die Nutzung eines bestimmten Dienstes zu ermöglichen, der vom Teilnehmer oder Nutzer ausdrücklich gewünscht wird, oder für den alleinigen Zweck, die Übertragung einer Nachricht über ein elektronisches Kommunikationsnetz durchzuführen.
Vorlieben
Die technische Speicherung oder der Zugriff ist für den rechtmäßigen Zweck der Speicherung von Präferenzen erforderlich, die nicht vom Abonnenten oder Benutzer angefordert wurden.
Statistiken
Die technische Speicherung oder der Zugriff, der ausschließlich zu statistischen Zwecken erfolgt. Die technische Speicherung oder der Zugriff, der ausschließlich zu anonymen statistischen Zwecken verwendet wird. Ohne eine Vorladung, die freiwillige Zustimmung deines Internetdienstanbieters oder zusätzliche Aufzeichnungen von Dritten können die zu diesem Zweck gespeicherten oder abgerufenen Informationen allein in der Regel nicht dazu verwendet werden, dich zu identifizieren.
Marketing
Die technische Speicherung oder der Zugriff ist erforderlich, um Nutzerprofile zu erstellen, um Werbung zu versenden oder um den Nutzer auf einer Website oder über mehrere Websites hinweg zu ähnlichen Marketingzwecken zu verfolgen.
Manage options Manage services Manage {vendor_count} vendors Read more about these purposes
Einstellungen anzeigen
{title} {title} {title}