الطرق الكمومية للشبكات العصبية وتطبيقها على تصنيف الصور الطبية وذكاء بيانات PlatoBlockchain. البحث العمودي. منظمة العفو الدولية.

طرق الكم للشبكات العصبية وتطبيقها على تصنيف الصور الطبية

جوناس لاندمان1,2، ناتانش ماتور1,3، يون إيفونا لي4مارتن ستراهم4اسكندر كازداغلي1، أنوبام براكاش1، و Iordanis Kerenidis1,2

1QC Ware ، بالو ألتو ، الولايات المتحدة الأمريكية وباريس ، فرنسا
2IRIF ، CNRS - جامعة باريس ، فرنسا
3المعهد الهندي للتكنولوجيا روركي ، الهند
4F. هوفمان لاروش إيه جي

تجد هذه الورقة مثيرة للاهتمام أو ترغب في مناقشة؟ Scite أو ترك تعليق على SciRate.

ملخص

تم اقتراح تقنيات التعلم الآلي الكمي كطريقة لتحسين الأداء المحتمل في تطبيقات التعلم الآلي.
في هذه الورقة ، نقدم طريقتين كميتين جديدتين للشبكات العصبية. الأول هو الشبكة العصبية الكمومية المتعامدة ، والتي تعتمد على دائرة هرمية كمومية باعتبارها اللبنة الأساسية لتنفيذ مضاعفة المصفوفة المتعامدة. نحن نقدم طريقة فعالة لتدريب مثل هذه الشبكات العصبية المتعامدة ؛ تم تفصيل الخوارزميات الجديدة لكل من الأجهزة الكلاسيكية والكمية ، حيث ثبت أن كلاهما أفضل بشكل مقارب من خوارزميات التدريب المعروفة سابقًا.
الطريقة الثانية هي الشبكات العصبية بمساعدة الكم ، حيث يتم استخدام الكمبيوتر الكمومي لأداء تقدير المنتج الداخلي للاستدلال وتدريب الشبكات العصبية الكلاسيكية.
نقدم بعد ذلك تجارب مكثفة مطبقة على مهام تصنيف الصور الطبية باستخدام أحدث الأجهزة الكمومية ، حيث نقارن طرق الكم المختلفة بالطرق الكلاسيكية ، على كل من أجهزة الكم الحقيقية وأجهزة المحاكاة. تظهر نتائجنا أن الشبكات العصبية الكمومية والكلاسيكية تولد مستوى مماثلًا من الدقة ، مما يدعم الوعد بأن الأساليب الكمية يمكن أن تكون مفيدة في حل المهام المرئية ، نظرًا لظهور أجهزة كمومية أفضل.

► بيانات BibTeX

ferences المراجع

[1] أرام وهارو وأفيناتان هسيديم وسيث لويد. "خوارزمية الكم لأنظمة المعادلات الخطية". خطابات المراجعة المادية 103 ، 150502 (2009).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.103.150502

[2] سيث لويد ومسعود محسني وباتريك ريبنتروست. "الخوارزميات الكمية للتعلم الآلي الخاضع للإشراف وغير الخاضع للإشراف" (2013).

[3] سيث لويد ومسعود محسني وباتريك ريبنتروست. "تحليل المكون الأساسي الكم". فيزياء الطبيعة 10 ، 631-633 (2014).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1038 / nphys3029

[4] يوردانيس كيرينيديس وأنوبام براكاش. "أنظمة توصية الكم". المؤتمر الثامن للابتكارات في علوم الكمبيوتر النظرية (ITCS 8) 2017 ، 67: 49-1: 49 (21). عنوان url: doi.org/ 2017 / arXiv.10.48550.
https: / / doi.org/10.48550 / arXiv.1603.08675

[5] يوردانيس كيرينيديس ، وجوناس لاندمان ، وأليساندرو لونغو ، وأنوبام براكاش. "q-mean: خوارزمية كمومية للتعلم الآلي غير الخاضع للإشراف". في التقدم في أنظمة معالجة المعلومات العصبية 32. الصفحات 4136-4146. كوران أسوشيتس ، إنك (2019). url :.
أرخايف: 1812.03584

[6] سيث لويد ، سيلفانو غارنيروني ، وباولو زاناردي. "خوارزميات الكم للتحليل الطوبولوجي والهندسي للبيانات". اتصالات الطبيعة 7 ، 1-7 (2016). عنوان url: doi.org/ 10.1038 / ncomms10138.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms10138

[7] إدوارد فارحي وهارتموت نيفين. "التصنيف مع الشبكات العصبية الكمومية على معالجات المدى القريب" (2018). url: doi.org/ 10.48550 / arXiv.1802.06002.
https: / / doi.org/10.48550 / arXiv.1802.06002

[8] أنا كيرينيديس وجي لاندمان وأبراكاش. "الخوارزميات الكمومية للشبكات العصبية التلافيفية العميقة". المؤتمر الدولي الثامن لتمثيل التعلم ICLR (2019).
https: / / doi.org/10.48550 / arXiv.1911.01117

[9] J Allcock و CY Hsieh و I Kerenidis و S Zhang. "خوارزميات الكم للشبكات العصبية المغذية". معاملات ACM على الحوسبة الكمية 1 (1) ، 1-24 (2020).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 3411466

[10] إيريس كونغ وسونون تشوي وميخائيل دي لوكين. "الشبكات العصبية الكمومية التلافيفية". فيزياء الطبيعة 15 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-019-0648-8

[11] هيكتور إيفان جارسيا هيرنانديز ، رايموندو توريس-رويز ، وجو هوا صن. "تصنيف الصور عبر التعلم الآلي الكمي" (2020). عنوان url: doi.org/ 10.48550 / arXiv.2011.02831.
https: / / doi.org/10.48550 / arXiv.2011.02831

[12] سوراب كومار وسيدهارث دانجوال وديبانجان بهوميك. "التعلم الخاضع للإشراف باستخدام شبكة كمومية معدة" ترميز مضغوط للغاية ": الخوارزمية والتنفيذ المعتمد على الأجهزة الكمومية" (2020). url: doi.org/ 10.48550 / arXiv.2007.10242.
https: / / doi.org/10.48550 / arXiv.2007.10242

[13] كوهي ناكاجي وناوكي ياماموتو. "شبكة الخصومة التوليدية الكمية شبه الخاضعة للإشراف لتحسين تصنيف البيانات" (2020). url: doi.org/ 10.1038 / s41598-021-98933-6.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-021-98933-6

[14] وليام كابيليتي ، وريبيكا إرباني ، وجواكين كيلر. "مصنف كم بوليادك" (2020). url: doi.org/ 10.48550 / arXiv.2007.14044.
https: / / doi.org/10.48550 / arXiv.2007.14044

[15] فويتيتش هافليتشيك ، أنطونيو د. "التعلم الخاضع للإشراف مع مساحات الميزات المحسنة الكم" (2018). url: doi.org/ 10.1038 / s41586-019-0980-2.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-019-0980-2

[16] إدوارد جرانت ، مارسيلو بينيديتي ، شوكسيانج كاو ، أندرو هالام ، جوشوا لوكهارت ، فيد ستوجيفيتش ، أندرو ج. جرين ، وسيمون سيفيريني. "المصنفات الكمومية الهرمية" (2018). url: doi.org/ 10.1038 / s41534-018-0116-9.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-018-0116-9

[17] Bobak Toussi Kiani و Agnes Villanyi و Seth Lloyd. "خوارزميات التصوير الطبي الكمي" (2020). url: doi.org/ 10.48550 / arXiv.2004.02036.
https: / / doi.org/10.48550 / arXiv.2004.02036

[18] ماركو سيريزو ، أندرو أراسميث ، رايان بابوش ، سيمون سي بنيامين ، سوجورو إندو ، كيسوكي فوجي ، جارود آر ماكلين ، كوسوكي ميتاراي ، شياو يوان ، لوكاس سينسيو ، وآخرون. "خوارزميات الكم المتغيرة" (2020). url: doi.org/ 10.1038 / s42254-021-00348-9.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s42254-021-00348-9

[19] كيشور بهارتي ، ألبا سيرفيرا-لييرتا ، ثي ها كياو ، توبياس هوغ ، سومنر ألبرين-ليا ، أبهيناف أناند ، ماتياس ديغروت ، هيرماني هيمونين ، جاكوب إس كوتمان ، تيم مينكي ، وآخرون. "خوارزميات الكم متوسطة الحجم صاخبة". تقييمات Modern Physics 94، 015004 (2022). url: doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.94.015004.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.94.015004

[20] مونيك نويرهوم فريتوري وبولا بريتو. "أبعد من نماذج البيانات الكلاسيكية: تحليل البيانات الرمزي". التحليل الإحصائي واستخراج البيانات: ASA Data Science Journal 4 ، 157-170 (2011). url: doi.org/ 10.1002 / sam.10112.
https: / / doi.org/ 10.1002 / sam.10112

[21] Adrián Pérez-Salinas، Alba Cervera-Lierta، Elies Gil-Fuster، and José I Latorre. "إعادة تحميل البيانات لمصنف كمي عالمي". الكم 4 ، 226 (2020). url: doi.org/ 10.22331 / q-2020-02-06-226.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-02-06-226

[22] Kosuke Mitarai و Makoto Negoro و Masahiro Kitagawa و Keisuke Fujii. "تعلم دائرة الكم". مراجعة البدنية أ 98 ، 032309 (2018).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.032309

[23] ماريا شولد ، فيل بيرغولم ، كريستيان غوغولين ، جوش إيزاك ، وناثان كيلوران. "تقييم التدرجات التحليلية على الأجهزة الكمومية". مراجعة البدنية أ 99 ، 032331 (2019).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.032331

[24] ماريا شولد وفرانشيسكو بتروشيوني. "النماذج الكمومية كطرق نواة". في تعلم الآلة باستخدام أجهزة الكمبيوتر الكمومية. الصفحات 217 - 245. سبرينغر (2021).

[25] ماريا شولد وريان سويكي ويوهانس جاكوب ماير. "تأثير ترميز البيانات على القوة التعبيرية لنماذج التعلم الآلي الكمومية". مراجعة البدنية أ 103 ، 032430 (2021).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.103.032430

[26] إيريس كونغ وسونون تشوي وميخائيل دي لوكين. "الشبكات العصبية الكمومية التلافيفية". فيزياء الطبيعة 15 ، 1273-1278 (2019).

[27] جارود آر ماكلين ، وسيرجيو بويكسو ، وفاديم ن سميليانسكي ، وريان بابوش ، وهارتموت نيفين. "الهضاب القاحلة في المناظر الطبيعية للتدريب على الشبكة العصبية الكمومية". اتصالات الطبيعة 9 ، 1-6 (2018). url: doi.org/ 10.1038 / s41467-018-07090-4.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-018-07090-4

[28] كارلوس أورتيز ماريرو ، ماريا كيفيروفا ، وناثان ويب. "الهضاب القاحلة الناجمة عن التشابك". PRX كوانتوم 2 ، 040316 (2021). url: doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.040316.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.040316

[29] ماركو سيريزو ، أكيرا سون ، تايلر فولكوف ، لوكاس سينسيو ، وباتريك جيه كولز. "دالة التكلفة المعتمدة على الهضاب القاحلة في الدوائر الكمومية الضحلة البارامترية". اتصالات الطبيعة 12 ، 1-12 (2021). url: doi.org/ 10.1038 / s41467-021-21728-w.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41467-021-21728-ث

[30] كونال شارما ، وماركو سيريزو ، ولوكاسز سينسيو ، وباتريك جيه كولز. "قابلية تدريب الشبكات العصبية الكمومية المستندة إلى الإدراك الحسي المبدد". خطابات المراجعة المادية 128 ، 180505 (2022). url: doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.180505.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.180505

[31] S Johri و S Debnath و A Mocherla و A Singh و A Prakash و J Kim و I Kerenidis. "أقرب تصنيف النقطه الوسطى على كمبيوتر الكم الأيوني المحاصر" (2021).

[32] Kui Jia و Shuai Li و Yuxin Wen و Tongliang Liu و Dacheng Tao. "الشبكات العصبية العميقة المتعامدة". معاملات IEEE على تحليل الأنماط وذكاء الآلة (2019).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1109 / TPAMI.2019.2948352

[33] جيايون وانج ويوبي تشين ورودراسيس تشاكرابورتي وستيلا إكس يو. "الشبكات العصبية التلافيفية المتعامدة". في وقائع مؤتمر IEEE / CVF حول رؤية الكمبيوتر والتعرف على الأنماط. الصفحات 11505-11515. (2020).
https: / / doi.org/ 10.1109 / CVPR42600.2020.01152

[34] نيتين بانسال ، شياوهان تشين ، وتشانجيانغ وانغ. "هل يمكننا كسب المزيد من عمليات الضبط المتعامدة في تدريب الشبكات العميقة؟". التطورات في أنظمة معالجة المعلومات العصبية 31 (2018).
الشبكي: / / doi.org/ 10.5555 / 3327144.3327339

[35] شياوهوا تشاي ، وألكسندر كوليسنيكوف ، ونيل هولسبي ، ولوكاس باير. "تحجيم محولات الرؤية" (2021).

[36] يوردانيس كيرينيديس وأنوبام براكاش. "التعلم الآلي الكمومي مع حالات الفضاء الجزئي" (2022). url: doi.org/10.48550 / arXiv.2202.00054.
https: / / doi.org/10.48550 / arXiv.2202.00054

[37] سيرجي راموس كالدير ، أدريان بيريز ساليناس ، دييغو غارسيا مارتين ، كارلوس برافو برييتو ، خورخي كورتادا ، جوردي بلاناغوما ، وخوسيه آي لاتوري. "النهج الكمي الأحادي لتسعير الخيارات" (2019).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.103.032414

[38] نيكوديم جرزيسياك ، ورينهولد بلوميل ، وكينيث رايت ، وكريستين إم بيك ، ونيل سي بيسنتي ، ومينغ لي ، وفانديفر شابلن ، وجيسون إم. أميني ، وشانتانو ديبناث ، وجو سي تشين ، ويونسونغ نام. "بوابات متشابكة فعالة عشوائية في وقت واحد على كمبيوتر كمي محاصر". نات كومون ، 11 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-020-16790-9

[39] الكسندر زلوكابا ، هارتموت نيفين ، وسيث لويد. "خوارزمية كمومية لتدريب الشبكات العصبية الكلاسيكية الواسعة والعميقة" (2021). url: doi.org/10.48550 / arXiv.2107.09200.
https: / / doi.org/10.48550 / arXiv.2107.09200

[40] ماريو ليزكانو كاسادو وديفيد مارتينيز روبيو. "قيود متعامدة رخيصة في الشبكات العصبية: معلمات بسيطة للمجموعة المتعامدة والوحدة". في المؤتمر الدولي للتعلم الآلي. الصفحات 3794-3803. PMLR (2019). url: doi.org/ 10.48550 / arXiv.1901.08428.
https: / / doi.org/10.48550 / arXiv.1901.08428

[41] موشيه ليشنو ، وفلاديمير يا لين ، وألان بينكوس ، وشيمون شوكن. "يمكن لشبكات التغذية الأمامية متعددة الطبقات ذات وظيفة التنشيط غير متعددة الحدود تقريب أي وظيفة". الشبكات العصبية 6 ، 861-867 (1993).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0893-6080(05)80131-5

[42] روبرت هيشت نيلسن. "نظرية الشبكة العصبية backpropagation". في الشبكات العصبية للإدراك. الصفحات 65-93. إلسفير (1992).
https: / / doi.org/ 10.1109 / IJCNN.1989.118638

[43] راؤول روجاس. "خوارزمية backpropagation". في الشبكات العصبية. الصفحات 149 - 182. سبرينغر (1996).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-61068-4_7

[44] جيانتشنغ يانغ وروي شي وبينغبينغ ني. "العشاري لتصنيف Medmnist: معيار آلي خفيف الوزن لتحليل الصور الطبية" (2020).
https: / / doi.org/ 10.1109 / ISBI48211.2021.9434062

[45] دانيال س.كرماني ومايكل جولدباوم وآخرون. "التعرف على التشخيصات الطبية والأمراض القابلة للعلاج من خلال التعلم العميق القائم على الصورة". الخلية ، المجلد. 172 ، لا. 5 ، ص 1122-1131 هـ 9 ، (2018).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.cell.2018.02.010

[46] بينغ تشانغ وبن شنغ. "مجموعة بيانات صورة اعتلال الشبكية السكري Deepdr (deepdrid) ،" ثاني اعتلال الشبكية السكري - تحدي الدرجات وتقدير جودة الصورة ". https: / / isbi.deepdr.org/ data.html (2).
https: / / isbi.deepdr.org/ data.html ~

[47] Hyeonwoo Noh و Tackgeun You و Jonghwan Mun و Bohyung Han. "تنظيم الشبكات العصبية العميقة بالضوضاء: تفسيرها وتحسينها". نيوربس (2017).
الشبكي: / / doi.org/ 10.5555 / 3295222.3295264

[48] شيويه يينغ. "لمحة عامة عن overfitting وحلوله". في مجلة الفيزياء: سلسلة المؤتمرات. المجلد 1168 ، الصفحة 022022. IOP Publishing (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1742-6596/​1168/​2/​022022

[49] الأمين شرات ، وإيوردانيس كيرينيديس ، وناتانش ماتور ، وجوناس لاندمان ، ومارتن ستراهم ، ويون إيفونا لي. "محولات الرؤية الكمية" (2022).

[50] سكوت آرونسون. "اقرأ التفاصيل الدقيقة". فيزياء الطبيعة 11 ، 291-293 (2015).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1038 / nphys3272

[51] مايكل أ. نيلسن. "الشبكات العصبية والتعلم العميق". مطبعة التحديد (2015).

دليلنا يستخدم من قبل

الطابع الزمني:

اكثر من مجلة الكم