高效优化和可解释的量子神经网络

Nov, 2022

高效优化和可解释的量子神经网络

A quantum neural network with efficient optimization and interpretability

Pei-Lin Zheng, Jia-Bao Wang, Yi Zhang

TL;DR我们提出一种基于费米模型的量子神经网络，其物理特性作为输出，并建立了与反向传播相媲美的高效优化，在具有挑战性的经典机器学习基准上具有竞争力的准确度，并且在量子系统上实现高精度且不需要预处理的机器学习，此外研究结果可用于量子纠缠分析和可解释的机器学习。

Abstract

As the quantum counterparts to the classical artificial neural networks underlying widespread machine-learning applications, unitary-based quantum neural networks are active in various fields of quantum computation. Despite the potential, their developments have been hampered by the elevated cost of optimizations and difficulty in realizations. Here, we prop

quantum neural network unitary-based networks fermion models optimization interpretable machine learning

发现论文，激发创造

高效密度型量子机器学习训练

量子机器学习需要强大、灵活和高效可训练的模型来成功解决具有挑战性的问题。本文介绍了密度量子神经网络，一种融合了一组可训练酉矩阵的随机化学习模型。这些模型使用参数化量子电路广义化了量子神经网络，并允许在表达能力和高效可训练性之间进行折中，特别适用于量子硬件。我们通过将其应用于两个最近提出的模型族来展示该形式化方法的灵活性。第一个是具有有效可训练性但表达能力可能受限的交换块量子神经网络 (QNNs)。第二个是正交 (保持汉明权重) 量子神经网络，它在数据上提供了定义明确且可解释的转换，但在量子设备上进行大规模训练具有挑战性。密度交换块 QNNs 增加了容量，几乎没有梯度复杂度增加，而密度正交神经网络减少了梯度查询的复杂度，几乎没有性能损失。我们通过对具有超参数优化的合成平移不变数据和 MNIST 图像数据进行数值实验来支持我们的发现。最后，我们讨论了与后变分量量子神经网络、基于测量的量子机器学习和辍学机制之间的联系。

May, 2024

量子神经网络用于量子神经计算

本研究提出了一种新的量子神经网络模型，使用实际存在的环境诱导的退相干的量子系统上的 (经典控制的) 单量子比特操作和测量，从而极大地降低了物理实现的难度。该模型在手写数字识别和其他非线性分类任务中具有优异的非线性分类能力和对噪声的鲁棒性。

May, 2023

量子神经网络分类器：教程

本文主要讨论了量子神经网络（Quantum Neural Networks）在监督学习任务中的不同结构和编码策略，并使用 Julia 语言编写的量子模拟器 Yao.jl 来衡量它们的性能，以方便科学家们开发出强大的变分量子学习模型及相应的实验验证。

Jun, 2022

相干前馈量子神经网络

我们提出了一种真正的量子神经网络模型，其与传统的呈适应性中间层和节点的前馈神经网络具有相同的灵活性，并且具有较低的电路深度和所需的 C-NOT 门数量，从而优于现有的量子神经网络模型。通过对基准数据集进行测试，我们证明了我们的方法的优越性能，并且使用更少的量子资源要求，为将量子神经网络应用于实际相关的机器学习问题铺平了道路。

Feb, 2024

前馈神经网络的量子推广

我们提出了一种量子神经网络，其中经典神经元通过添加辅助位变得可逆，然后被概括为量子可逆神经元，并能用梯度下降法在代价函数上有效地训练来执行量子推广的经典任务，例如压缩量子态和发现量子通信协议。

Dec, 2016

量子神经网络的威力

本文使用信息几何工具，定义了量子和经典神经网络的表达能力，将有效维度作为证明表达能力的新广义边界，并建立了一个强大的表达能力度量。我们展示了量子神经网络能够比相似的经典神经网络实现更好的有效维度，并因其更均匀分布的 Fisher 信息谱而显示了对枯燥的高原问题具有适应性并具有快速的训练能力。我们的工作是第一个通过更高的有效维度和更快的训练能力证明精心设计的量子神经网络优于经典神经网络的，并在实际量子硬件上进行了验证。

Oct, 2020

可扩展的量子神经网络用于分类

本研究探讨了一种可扩展的量子神经网络（SQNN）方法，通过利用多个小型量子设备的量子资源来提高分类精度和训练效率。对 MNIST 数据集进行的评估表明，相比于相同规模的常规 QNN 模型， SQNN 模型可以实现具有可比较的分类精度，并且超过一定量子资源的 SQNN 模型可以显著提高分类精度。

Aug, 2022

基于量子计算的神经网络基准测试

研究利用机器学习技术开发量子计算算法的一种新思路，通过对比标准实值和复值经典神经网络与量子神经网络性能的实验表明，量子神经网络能够用更少的反向传播次数和更小的网络模型获得相媲美甚至更好的结果。

Jul, 2018

量子与经典神经网络模型在图像分类任务中的比较

研究了用于手写数字 MNIST 数据集分类问题的混合量子 - 经典神经网络的性能，结果表明虽然模拟时间较长，但是该模型优于传统网络，达到更好的收敛性和高的训练和测试精度。

Aug, 2021

用于编程量子退火机的神经网络

量子机器学习与经典机器学习中的核方法有相似之处，本研究探索了将经典神经网络与量子退火机连接的设置，并模拟了其在分类问题上的性能，发现加入小型量子退火机并不能显著提高性能。

Aug, 2023