1QC Ware, פאלו אלטו, ארה"ב ופריז, צרפת
2IRIF, CNRS - אוניברסיטת פריז, צרפת
3המכון ההודי לטכנולוגיה רוקי, הודו
4F. Hoffmann La Roche AG
מצא את העיתון הזה מעניין או רוצה לדון? סקייט או השאירו תגובה ב- SciRate.
תַקצִיר
טכניקות למידת מכונה קוונטית הוצעו כדרך לשפר את הביצועים ביישומי למידת מכונה.
במאמר זה, אנו מציגים שתי שיטות קוונטיות חדשות עבור רשתות עצביות. הראשון הוא רשת עצבית אורתוגונלית קוונטית, המבוססת על מעגל פירמידלי קוונטי כאבן הבניין ליישום כפל מטריצה אורתוגונלית. אנו מספקים דרך יעילה לאימון רשתות עצביות אורתוגונליות כאלה; אלגוריתמים חדשים מפורטים הן עבור חומרה קלאסית והן עבור חומרה קוונטית, כאשר שניהם מוכחים כבעלי קנה מידה אסימפטוטי טוב יותר מאלגוריתמי אימון ידועים בעבר.
השיטה השנייה היא רשתות עצביות בסיוע קוונטים, שבהן נעשה שימוש במחשב קוונטי לביצוע הערכת מוצר פנימי להסקת מסקנות ואימון של רשתות עצביות קלאסיות.
לאחר מכן אנו מציגים ניסויים נרחבים המיושמים למשימות סיווג תמונות רפואיות תוך שימוש בחומרה קוונטית עדכנית, שבה אנו משווים שיטות קוונטיות שונות עם שיטות קלאסיות, הן על חומרה קוונטית אמיתית והן על סימולטורים. התוצאות שלנו מראות שרשתות עצביות קוונטיות וקלאסיות מייצרות רמת דיוק דומה, התומכות בהבטחה ששיטות קוונטיות יכולות להיות שימושיות בפתרון משימות ויזואליות, בהתחשב בהופעתה של חומרה קוונטית טובה יותר.
► נתוני BibTeX
► הפניות
[1] ארם וו הארו, אבינתן חסידים וסת לויד. "אלגוריתם קוונטי למערכות ליניאריות של משוואות". מכתבי סקירה פיזית 103, 150502 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.103.150502
[2] סת לויד, מסעוד מוחסני ופטריק רבנטרוס. "אלגוריתמים קוונטיים ללמידת מכונה מפוקחת ובלתי מפוקחת" (2013).
[3] סת לויד, מסעוד מוחסני ופטריק רבנטרוס. "ניתוח רכיבים עיקריים קוונטיים". טבע פיזיקה 10, 631–633 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys3029
[4] Iordanis Kerenidis ו- Anupam Prakash. "מערכות המלצות קוונטיות". כנס חידושים במדעי המחשב התיאורטיים (ITCS 8) 2017, 67:49–1:49 (21). כתובת אתר: doi.org/2017/arXiv.10.48550.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1603.08675
[5] Iordanis Kerenidis, Jonas Landman, Alessandro Luongo, Anupam Prakash. "q-means: אלגוריתם קוונטי ללמידת מכונה ללא פיקוח". בהתקדמות במערכות עיבוד מידע עצבי 32. עמודים 4136–4146. Curran Associates, Inc. (2019). כתובת אתר:.
arXiv: 1812.03584
[6] סת לויד, סילבנו גרנרון ופאולו זנרדי. "אלגוריתמים קוונטיים לניתוח טופולוגי וגיאומטרי של נתונים". תקשורת טבע 7, 1–7 (2016). כתובת אתר: doi.org/10.1038/ncomms10138.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms10138
[7] אדוארד פרחי והרטמוט נבן. "סיווג עם רשתות עצביות קוונטיות על מעבדים לטווח הקרוב" (2018). כתובת אתר: doi.org/10.48550/arXiv.1802.06002.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1802.06002
[8] I Kerenidis, J Landman, and A Prakash. "אלגוריתמים קוונטיים לרשתות עצביות קונבולוציוניות עמוקות". הוועידה הבינלאומית השמינית על ייצוגי למידה ICLR (2019).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1911.01117
[9] J Allcock, CY Hsieh, I Kerenidis, and S Zhang. "אלגוריתמים קוונטיים לרשתות עצביות הזנה קדימה". ACM Transactions on Quantum Computing 1 (1), 1-24 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3411466
[10] איריס קונג, סוונוון צ'וי ומיכאיל ד' לוקין. "רשתות עצביות קוונטיות קוונטיות". Nature Physics 15 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41567-019-0648-8
[11] הקטור איבן גרסיה-הרננדז, ריימונדו טורס-רואיס וגואו-הואה סאן. "סיווג תמונה באמצעות למידת מכונה קוונטית" (2020). כתובת אתר: doi.org/10.48550/arXiv.2011.02831.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2011.02831
[12] Saurabh Kumar, Siddharth Dangwal, ו-Debanjan Bhowmik. "למידה מפוקחת באמצעות רשת קוונטית לבושה עם "קידוד סופר דחוס": יישום מבוסס אלגוריתם וחומרה קוונטית" (2020). כתובת אתר: doi.org/10.48550/arXiv.2007.10242.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2007.10242
[13] Kouhei Nakaji ו-Naoki Yamamoto. "רשת יריבתית קוונטית מפוקחת למחצה לסיווג נתונים משופר" (2020). כתובת אתר: doi.org/10.1038/s41598-021-98933-6.
https://doi.org/10.1038/s41598-021-98933-6
[14] ויליאם קפלטי, רבקה ארבאני וחואקין קלר. "מסווג קוונטי פוליאדי" (2020). כתובת אתר: doi.org/10.48550/arXiv.2007.14044.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2007.14044
[15] Vojtech Havlicek, Antonio D. Corcoles, Kristan Temme, Aram W. Harrow, Abhinav Kandala, Jerry M. Chow, and Jay M. Gambetta. "למידה מפוקחת עם מרחבי תכונות קוונטיים" (2018). כתובת אתר: doi.org/10.1038/s41586-019-0980-2.
https://doi.org/10.1038/s41586-019-0980-2
[16] אדוארד גרנט, מרצ'לו בנדטי, שושיאנג קאו, אנדרו האלאם, ג'ושוע לוקהארט, ויד סטוייביץ', אנדרו ג'י גרין וסימון סבריני. "מסווגים קוונטיים היררכיים" (2018). כתובת אתר: doi.org/10.1038/s41534-018-0116-9.
https://doi.org/10.1038/s41534-018-0116-9
[17] בובאק טוסי קיאני, אגנס וילאני וסת לויד. "אלגוריתמי הדמיה רפואית קוונטית" (2020). כתובת אתר: doi.org/10.48550/arXiv.2004.02036.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2004.02036
[18] מרקו סרזו, אנדרו אראסמית', ריאן באבוש, סיימון סי בנג'מין, סוגורו אנדו, קייסוקה פוג'י, ג'רוד אר מקלין, קוסוקה מיטראי, שיאו יואן, לוקאש צ'ינסיו ועוד. "אלגוריתמים קוונטיים וריאציוניים" (2020). כתובת אתר: 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, et al. "אלגוריתמים קוונטיים רועשים בקנה מידה בינוני". ביקורות על פיזיקה מודרנית 94, 015004 (2022). כתובת אתר: doi.org/10.1103/RevModPhys.94.015004.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.94.015004
[20] מוניק נוירהום-פרייטר ופולה בריטו. "הרבה מעבר למודלים הקלאסיים של הנתונים: ניתוח נתונים סימבולי". ניתוח סטטיסטי וכריית נתונים: כתב העת ASA Data Science Journal 4, 157–170 (2011). כתובת אתר: doi.org/10.1002/sam.10112.
https://doi.org/10.1002/sam.10112
[21] אדריאן פרז-סלינס, אלבה סרוורה-ליארטה, אליאס גיל-פוסטר וחוסה הראשון לאטורה. "העלאה מחדש של נתונים עבור מסווג קוונטי אוניברסלי". Quantum 4, 226 (2020). כתובת אתר: 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, ו-Keisuke Fujii. "למידת מעגלים קוונטיים". סקירה פיזית A 98, 032309 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.032309
[23] מריה שולד, ויל ברגהולם, כריסטיאן גוגולין, ג'וש איזאק ונתן קילורן. "הערכת גרדיאנטים אנליטיים על חומרה קוונטית". Physical Review A 99, 032331 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.032331
[24] מריה שולד ופרנצ'סקו פטרוצ'יון. "מודלים קוונטיים כשיטות ליבה". בלמידת מכונה עם מחשבים קוונטיים. עמודים 217–245. ספרינגר (2021).
[25] מריה שולד, ריאן סוקה, ויוחנס יעקב מאייר. "השפעת קידוד הנתונים על כוח הביטוי של מודלים וריאציות של למידה קוונטית-מכונה". סקירה פיזית A 103, 032430 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.103.032430
[26] איריס קונג, סוונוון צ'וי ומיכאיל די לוקין. "רשתות עצביות קוונטיות קוונטיות". טבע פיזיקה 15, 1273–1278 (2019).
[27] ג'רוד אר מקלין, סרג'יו בוישו, ואדים נ' סמליאנסקי, ריאן בבוש והרטמוט נבן. "רמות עקרות בנופי אימון ברשת עצבית קוונטית". תקשורת טבע 9, 1–6 (2018). כתובת אתר: doi.org/10.1038/s41467-018-07090-4.
https://doi.org/10.1038/s41467-018-07090-4
[28] קרלוס אורטיז מררו, מאריה קיפרובה ונתן וויבה. "מישורים עקרים שנגרמו מהסתבכות". PRX Quantum 2, 040316 (2021). כתובת אתר: doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.040316.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.040316
[29] מרקו סרזו, אקירה סונה, טיילר וולקוף, לוקאש סינציו ופטריק ג'יי קולס. "רמות עקרה תלויות בתפקוד עלות במעגלים קוונטיים רדודים בפרמטרים". תקשורת טבע 12, 1–12 (2021). כתובת אתר: doi.org/10.1038/s41467-021-21728-w.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41467-021-21728-w
[30] קונאל שארמה, מרקו סרזו, לוקאש צ'ינסיו ופטריק ג'יי קולס. "יכולת אימון של רשתות עצביות קוונטיות מתפזרות מבוססות פרצפטרון". מכתבי סקירה פיזית 128, 180505 (2022). כתובת אתר: 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, and I Kerenidis. "סיווג המרכז הקרוב ביותר במחשב קוונטי של יונים לכודים" (2021).
[32] Kui Jia, Shuai Li, Yuxin Wen, Tongliang Liu ודאצ'נג טאו. "רשתות עצביות עמוקות אורתוגונליות". עסקאות IEEE בנושא ניתוח דפוסים ובינת מכונה (2019).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TPAMI.2019.2948352
[33] Jiayun Wang, Yubei Chen, Rudrasis Chakraborty, ו-Stella X Yu. "רשתות עצביות קונבולוציוניות אורתוגונליות". בהליכי כנס IEEE/CVF בנושא ראייה ממוחשבת וזיהוי דפוסים. עמודים 11505–11515. (2020).
https://doi.org/10.1109/CVPR42600.2020.01152
[34] Nitin Bansal, Xiaohan Chen, Zhangyang Wang. "האם נוכל להרוויח יותר מהסדרת אורתוגונליות באימון רשתות עמוקות?". התקדמות במערכות עיבוד מידע עצבי 31 (2018).
https: / / doi.org/ 10.5555 / 3327144.3327339
[35] שיאוהואה ז'אי, אלכסנדר קולסניקוב, ניל הולסבי ולוקאס בייר. "שנאי ראייה בקנה מידה" (2021).
[36] Iordanis Kerenidis ו- Anupam Prakash. "למידת מכונה קוונטית עם מצבי תת-מרחב" (2022). כתובת אתר: doi.org/10.48550/arXiv.2202.00054.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2202.00054
[37] סרג'י ראמוס-קלדרר, אדריאן פרז-סלינס, דייגו גרסיה-מרטין, קרלוס בראבו-פריטו, חורחה קורטאדה, ג'ורדי פלנגומה וחוסה אי. לאטורה. "גישה קוונטית אונארית לתמחור אופציות" (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, and Yunseong Nam. "סבוך שערים שרירותי יעיל בו-זמנית במחשב קוונטי לכודים". Nat Commun, 11 (2020).
https://doi.org/10.1038/s41467-020-16790-9
[39] אלכסנדר זלוקאפה, הרטמוט נבן וסת' לויד. "אלגוריתם קוונטי לאימון רשתות עצביות קלאסיות רחבות ועמוקות" (2021). כתובת אתר: doi.org/10.48550/arXiv.2107.09200.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2107.09200
[40] מריו לזקאנו-קסדו ודיוויד מרטינז-רוביו. "אילוצים אורתוגונליים זולים ברשתות עצביות: פרמטריזציה פשוטה של הקבוצה האורתוגונלית והיחידה". בכנס בינלאומי על למידת מכונה. עמודים 3794–3803. PMLR (2019). כתובת אתר: doi.org/10.48550/arXiv.1901.08428.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1901.08428
[41] משה לשנו, ולדימיר יא לין, אלן פינקוס ושמעון שוקן. "רשתות הזנה מרובות שכבות עם פונקציית הפעלה לא פולינומית יכולות להעריך כל פונקציה". רשתות עצביות 6, 861–867 (1993).
https://doi.org/10.1016/S0893-6080(05)80131-5
[42] רוברט הכט-נילסן. "תיאוריית הרשת העצבית של התפשטות לאחור". ברשתות עצביות לתפיסה. עמודים 65–93. Elsevier (1992).
https://doi.org/10.1109/IJCNN.1989.118638
[43] ראול רוחאס. "אלגוריתם ההפצה לאחור". ברשתות עצביות. עמודים 149–182. ספרינגר (1996).
https://doi.org/10.1007/978-3-642-61068-4_7
[44] Jiancheng Yang, Rui Shi, ובינגבינג Ni. "מדמניסט סיווג דקטלון: אמת מידה אוטומל קל משקל לניתוח תמונה רפואית" (2020).
https://doi.org/10.1109/ISBI48211.2021.9434062
[45] Daniel S. Kermany, Michael Goldbaum, ועוד. "זיהוי אבחנות רפואיות ומחלות הניתנות לטיפול על ידי למידה עמוקה מבוססת תמונה". תא, כרך. 172, מס'. 5, עמ' 1122 – 1131.ה9, (2018).
https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.02.010
[46] פינג ג'אנג ובין שנג. "מסד נתונים של תמונה של רטינופתיה סוכרתית Deepdr (deepdrid), "אתגר הרטינופתיה הסוכרתית השנייה - דירוג ואומדן איכות תמונה"". https:///isbi.deepdr.org/data.html (2).
https://isbi.deepdr.org/data.html~
[47] Hyeonwoo Noh, Tackgeun You, Jonghwan Mun ובוהיונג האן. "הסדרת רשתות עצביות עמוקות על ידי רעש: הפרשנות והאופטימיזציה שלה". NeurIPS (2017).
https: / / doi.org/ 10.5555 / 3295222.3295264
[48] שו יינג. "סקירה של התאמת יתר ופתרונותיה". בכתב העת לפיזיקה: סדרת כנסים. כרך 1168, עמ' 022022. הוצאת IOP (2019).
https://doi.org/10.1088/1742-6596/1168/2/022022
[49] El Amine Cherrat, Iordanis Kerenidis, Natansh Mathur, Jonas Landman, Martin Strahm, ו- Yun Ivonna Li. "שנאי ראייה קוונטית" (2022).
[50] סקוט אהרונסון. "קרא את האותיות הקטנות". טבע פיזיקה 11, 291–293 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys3272
[51] מייקל א' נילסן. "רשתות עצביות ולמידה עמוקה". Deermination Press (2015).
מצוטט על ידי
מאמר זה מתפרסם בקוונטים תחת התקציב ייחוס Creative Commons 4.0 הבינלאומי (CC BY 4.0) רישיון. זכויות יוצרים נשארות עם בעלי זכויות היוצרים המקוריים כמו המחברים או מוסדותיהם.
