1QC Ware, Palo Alto, USA ja Pariis, Prantsusmaa
2IRIF, CNRS – Pariisi Ülikool, Prantsusmaa
3India Tehnoloogiainstituut Roorkee, India
4F. Hoffmann La Roche AG
Kas see artikkel on huvitav või soovite arutada? Scite või jätke SciRate'i kommentaar.
Abstraktne
Kvantmasinõppe tehnikaid on pakutud välja võimalusena masinõpperakenduste jõudluse parandamiseks.
Selles artiklis tutvustame kahte uut neurovõrkude kvantmeetodit. Esimene neist on kvantortogonaalne närvivõrk, mis põhineb ortogonaalse maatriksi korrutamise ehitusplokina kvantpüramiidahelal. Pakume tõhusat viisi selliste ortogonaalsete närvivõrkude koolitamiseks; uudsed algoritmid on üksikasjalikud nii klassikalise kui ka kvantriistvara jaoks, kus on tõestatud, et mõlemad skaleerivad asümptootiliselt paremini kui varem tuntud treeningalgoritmid.
Teine meetod on kvantabiga närvivõrgud, kus klassikaliste närvivõrkude järeldamiseks ja koolitamiseks kasutatakse kvantarvutit sisemise tootehinnangu tegemiseks.
Seejärel tutvustame ulatuslikke eksperimente, mida rakendati meditsiiniliste kujutiste klassifitseerimise ülesannete jaoks, kasutades praegust tipptasemel kvantriistvara, kus võrdleme erinevaid kvantmeetodeid klassikalistega nii reaalsel kvantriistvaral kui ka simulaatoritel. Meie tulemused näitavad, et kvant- ja klassikalised närvivõrgud loovad sarnase täpsuse, toetades lubadust, et kvantmeetodid võivad olla kasulikud visuaalsete ülesannete lahendamisel, arvestades parema kvantriistvara tulekut.
► BibTeX-i andmed
► Viited
[1] Aram W Harrow, Avinatan Hassidim ja Seth Lloyd. "Lineaarsete võrrandisüsteemide kvantalgoritm". Füüsilise ülevaate kirjad 103, 150502 (2009).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.103.150502
[2] Seth Lloyd, Masoud Mohseni ja Patrick Rebentrost. "Kvantalgoritmid juhendatud ja järelevalveta masinõppe jaoks" (2013).
[3] Seth Lloyd, Masoud Mohseni ja Patrick Rebentrost. "Kvantpõhikomponentide analüüs". Nature Physics 10, 631–633 (2014).
https:///doi.org/10.1038/nphys3029
[4] Iordanis Kerenidis ja Anupam Prakash. "Kvantsoovitussüsteemid". 8th Innovations in Theoretical Computer Science Conference (ITCS 2017) 67, 49:1–49:21 (2017). url: doi.org/10.48550/arXiv.1603.08675.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1603.08675
[5] Iordanis Kerenidis, Jonas Landman, Alessandro Luongo ja Anupam Prakash. "q-tähendab: kvantalgoritm järelevalveta masinõppeks". Teoses Advances in Neural Information Processing Systems 32. Lk 4136–4146. Curran Associates, Inc. (2019). url:.
arXiv: 1812.03584
[6] Seth Lloyd, Silvano Garnerone ja Paolo Zanardi. "Andmete topoloogilise ja geomeetrilise analüüsi kvantalgoritmid". Looduskommunikatsioonid 7, 1–7 (2016). url: doi.org/10.1038/ncomms10138.
https:///doi.org/10.1038/ncomms10138
[7] Edward Farhi ja Hartmut Neven. "Kvantnärvivõrkudega klassifikatsioon lähiaja protsessoritel" (2018). url: doi.org/10.48550/arXiv.1802.06002.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1802.06002
[8] I Kerenidis, J Landman ja A Prakash. "Kvantalgoritmid sügavate konvolutsiooniliste närvivõrkude jaoks". KAHEKSAS RAHVUSVAHELINE KONVERENTS ÕPPEPRESENTATSIOONI KOHTA ICLR (2019).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1911.01117
[9] J Allcock, CY Hsieh, I Kerenidis ja S Zhang. "Närvivõrkude edasisuunamise kvantalgoritmid". ACM Transactions on Quantum Computing 1 (1), 1–24 (2020).
https:///doi.org/10.1145/3411466
[10] Iris Cong, Soonwon Choi ja Mihhail D. Lukin. "Kvantkonvolutsioonilised närvivõrgud". Loodusfüüsika 15 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41567-019-0648-8
[11] Hector Ivan Garcıa-Hernandez, Raymundo Torres-Ruiz ja Guo-Hua Sun. "Piltide klassifitseerimine kvantmasinaõppe kaudu" (2020). url: doi.org/10.48550/arXiv.2011.02831.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2011.02831
[12] Saurabh Kumar, Siddharth Dangwal ja Debanjan Bhowmik. Juhendatud õpe ülitihendatud kodeeringuga varustatud kvantvõrgu abil: algoritm ja kvantriistvarapõhine rakendamine (2020). url: doi.org/10.48550/arXiv.2007.10242.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2007.10242
[13] Kouhei Nakaji ja Naoki Yamamoto. „Kvant-pooljärelevalvega generatiivne võistlev võrk täiustatud andmete klassifitseerimiseks” (2020). url: doi.org/10.1038/s41598-021-98933-6.
https://doi.org/10.1038/s41598-021-98933-6
[14] William Cappelletti, Rebecca Erbanni ja Joaquín Keller. “Polüaadiline kvantklassifikaator” (2020). url: doi.org/10.48550/arXiv.2007.14044.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2007.14044
[15] Vojtech Havlicek, Antonio D. Córcoles, Kristan Temme, Aram W. Harrow, Abhinav Kandala, Jerry M. Chow ja Jay M. Gambetta. "Järelevalvega õppimine kvanti täiustatud funktsiooniruumidega" (2018). url: doi.org/10.1038/s41586-019-0980-2.
https://doi.org/10.1038/s41586-019-0980-2
[16] Edward Grant, Marcello Benedetti, Shuxiang Cao, Andrew Hallam, Joshua Lockhart, Vid Stojevic, Andrew G. Green ja Simone Severini. “Hierarhilised kvantklassifikaatorid” (2018). url: doi.org/10.1038/s41534-018-0116-9.
https://doi.org/10.1038/s41534-018-0116-9
[17] Bobak Toussi Kiani, Agnes Villanyi ja Seth Lloyd. "Kvantmeditsiinilise pildistamise algoritmid" (2020). url: doi.org/10.48550/arXiv.2004.02036.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2004.02036
[18] Marco Cerezo, Andrew Arrasmith, Ryan Babbush, Simon C Benjamin, Suguru Endo, Keisuke Fujii, Jarrod R McClean, Kosuke Mitarai, Xiao Yuan, Lukasz Cincio jt. "Variatsioonilised kvantalgoritmid" (2020). url: doi.org/10.1038/s42254-021-00348-9.
https://doi.org/10.1038/s42254-021-00348-9
[19] Kishor Bharti, Alba Cervera-Lierta, Thi Ha Kyaw, Tobias Haug, Sumner Alperin-Lea, Abhinav Anand, Matthias Degroote, Hermanni Heimonen, Jakob S Kottmann, Tim Menke jt. "Mürarikkad keskmise skaala kvantalgoritmid". Reviews of Modern Physics 94, 015004 (2022). url: doi.org/10.1103/RevModPhys.94.015004.
https:///doi.org/10.1103/RevModPhys.94.015004
[20] Monique Noirhomme-Fraiture ja Paula Brito. "Kaugel üle klassikaliste andmemudelite: sümboolne andmeanalüüs". Statistiline analüüs ja andmekaeve: 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 ja José I Latorre. "Andmete uuesti üleslaadimine universaalse kvantklassifikaatori jaoks". Quantum 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, Makoto Negoro, Masahiro Kitagawa ja Keisuke Fujii. "Kvantahela õppimine". Füüsiline ülevaade A 98, 032309 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.98.032309
[23] Maria Schuld, Ville Bergholm, Christian Gogolin, Josh Izaac ja Nathan Killoran. "Analüütiliste gradientide hindamine kvantriistvaras". Physical Review A 99, 032331 (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.99.032331
[24] Maria Schuld ja Francesco Petruccione. "Kvantmudelid kui tuumameetodid". Kvantarvutitega masinõppes. Lk 217–245. Springer (2021).
[25] Maria Schuld, Ryan Sweke ja Johannes Jakob Meyer. "Andmete kodeerimise mõju variatsioonilise kvant-masinõppe mudelite väljendusvõimele". Füüsiline ülevaade A 103, 032430 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.103.032430
[26] Iris Cong, Soonwon Choi ja Mihhail D Lukin. "Kvantkonvolutsioonilised närvivõrgud". Nature Physics 15, 1273–1278 (2019).
[27] Jarrod R McClean, Sergio Boixo, Vadim N Smelyanskiy, Ryan Babbush ja Hartmut Neven. Viljatud platood kvantnärvivõrgu treeningmaastikel. Looduskommunikatsioonid 9, 1–6 (2018). url: doi.org/10.1038/s41467-018-07090-4.
https://doi.org/10.1038/s41467-018-07090-4
[28] Carlos Ortiz Marrero, Mária Kieferová ja Nathan Wiebe. "Põimumisest põhjustatud viljatud platood". PRX Quantum 2, 040316 (2021). url: doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.040316.
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.040316
[29] Marco Cerezo, Akira Sone, Tyler Volkoff, Lukasz Cincio ja Patrick J Coles. "Kulufunktsioonist sõltuvad viljatud platood madalates parameetritega kvantahelates". Looduskommunikatsioonid 12, 1–12 (2021). url: doi.org/10.1038/s41467-021-21728-w.
https:///doi.org/10.1038/s41467-021-21728-w
[30] Kunal Sharma, Marco Cerezo, Lukasz Cincio ja Patrick J Coles. "Disipatiivsete pertseptronil põhinevate kvantnärvivõrkude treenitavus". Physical Review Letters 128, 180505 (2022). url: doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.180505.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.180505
[31] S Johri, S Debnath, A Mocherla, A Singh, A Prakash, J Kim ja I Kerenidis. "Lähim tsentroidi klassifikatsioon lõksus ioonide kvantarvutis" (2021).
[32] Kui Jia, Shuai Li, Yuxin Wen, Tongliang Liu ja Dacheng Tao. "Ortogonaalsed sügavad närvivõrgud". IEEE tehingud mustrianalüüsi ja masinluure kohta (2019).
https:///doi.org/10.1109/TPAMI.2019.2948352
[33] Jiayun Wang, Yubei Chen, Rudrasis Chakraborty ja Stella X Yu. "Ortogonaalsed konvolutsioonilised närvivõrgud". IEEE/CVF arvutinägemise ja mustrituvastuse konverentsi toimetistes. Lk 11505–11515. (2020).
https:///doi.org/10.1109/CVPR42600.2020.01152
[34] Nitin Bansal, Xiaohan Chen ja Zhangyang Wang. "Kas me saame sügavamate võrkude treenimisel ortogonaalsuse regulatsioonidest rohkem kasu?". Edusammud närviinfotöötlussüsteemides 31 (2018).
https:///doi.org/10.5555/3327144.3327339
[35] Xiaohua Zhai, Aleksander Kolesnikov, Neil Houlsby ja Lucas Beyer. "Nägemistrafode skaleerimine" (2021).
[36] Iordanis Kerenidis ja Anupam Prakash. "Kvantmasinaõpe alamruumi olekutega" (2022). url: doi.org/10.48550/arXiv.2202.00054.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2202.00054
[37] Sergi Ramos-Calderer, Adrián Pérez-Salinas, Diego García-Martín, Carlos Bravo-Prieto, Jorge Cortada, Jordi Planagumà ja José I. Latorre. "Kvantne ühekordne lähenemine optsioonide hinnakujundusele" (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.103.032414
[38] Nikodem Grzesiak, Reinhold Blümel, Kenneth Wright, Kristin M. Beck, Neal C. Pisenti, Ming Li, Vandiver Chaplin, Jason M. Amini, Shantanu Debnath, Jwo-Sy Chen ja Yunseong Nam. "Tõhusad suvalised üheaegselt takerduvad väravad kinnijäänud ioonide kvantarvutis". Nat Commun, 11 (2020).
https://doi.org/10.1038/s41467-020-16790-9
[39] Alexander Zlokapa, Hartmut Neven ja Seth Lloyd. "Kvantalgoritm laiade ja sügavate klassikaliste närvivõrkude treenimiseks" (2021). url: doi.org/10.48550/arXiv.2107.09200.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2107.09200
[40] Mario Lezcano-Casado ja David Martınez-Rubio. "Odavad ortogonaalsed piirangud närvivõrkudes: ortogonaalse ja ühtse rühma lihtne parametriseerimine". Rahvusvahelisel masinõppe konverentsil. Lk 3794–3803. PMLR (2019). url: doi.org/10.48550/arXiv.1901.08428.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1901.08428
[41] Moshe Leshno, Vladimir Ya Lin, Allan Pinkus ja Shimon Schocken. "Mittepolünoomilise aktiveerimisfunktsiooniga mitmekihilised edasisaatmisvõrgud võivad ligikaudselt võrrelda mis tahes funktsiooni." Närvivõrgud, 6, 861–867 (1993).
https://doi.org/10.1016/S0893-6080(05)80131-5
[42] Robert Hecht-Nielsen. "Tagasi leviva närvivõrgu teooria". In Neuraalvõrgud tajumiseks. Lk 65–93. Elsevier (1992).
https:///doi.org/10.1109/IJCNN.1989.118638
[43] Raul Rojas. "Tagasi levitamise algoritm". Neuraalvõrkudes. Lk 149–182. Springer (1996).
https://doi.org/10.1007/978-3-642-61068-4_7
[44] Jiancheng Yang, Rui Shi ja Bingbing Ni. „Medmnisti klassifikatsiooni kümnevõistlus: kerge automl etalon meditsiinilise pildianalüüsi jaoks” (2020).
https:///doi.org/10.1109/ISBI48211.2021.9434062
[45] Daniel S. Kermany, Michael Goldbaum ja jt. "Meditsiiniliste diagnooside ja ravitavate haiguste tuvastamine pildipõhise süvaõppe abil". Cell, vol. 172, nr. 5, lk 1122 – 1131.e9, (2018).
https:///doi.org/10.1016/j.cell.2018.02.010
[46] Ping Zhang ja Bin Sheng. "Deepdr diabeetilise retinopaatia pildiandmestik (deepdrid), "2. diabeetiline retinopaatia – klassifikatsiooni ja pildikvaliteedi hindamise väljakutse" https:///isbi.deepdr.org/data.html (2020).
https:///isbi.deepdr.org/data.html~
[47] Hyeonwoo Noh, Tackgeun You, Jonghwan Mun ja Bohyung Han. "Sügavate närvivõrkude reguleerimine müra abil: selle tõlgendamine ja optimeerimine". NeurIPS (2017).
https:///doi.org/10.5555/3295222.3295264
[48] Xue Ying. “Ülevaade ülemonteerimisest ja selle lahendustest”. Ajakirjas Journal of physics: konverentsisari. 1168. köide, lk 022022. IOP Publishing (2019).
https://doi.org/10.1088/1742-6596/1168/2/022022
[49] El Amine Cherrat, Iordanis Kerenidis, Natansh Mathur, Jonas Landman, Martin Strahm ja Yun Yvonna Li. "Kvantnägemise trafod" (2022).
[50] Scott Aaronson. "Loe peenes kirjas". Nature Physics 11, 291–293 (2015).
https:///doi.org/10.1038/nphys3272
[51] Michael A. Nielsen. "Närvivõrgud ja sügav õpe". Determination Press (2015).
Viidatud
See raamat on avaldatud Quantum all Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) litsents. Autoriõigus jääb algsetele autoriõiguste valdajatele, näiteks autoritele või nende institutsioonidele.
