Operator learning enables fast surrogate modeling of high-dimensional dynamical systems, but existing approaches face two fundamental limitations: quadratic inference complexity and unreliable uncertainty quantification in safety-critical settings. We propose Conformalized Quantum DeepONet Ensembles, a framework that addresses both challenges simultaneously. By leveraging Quantum Orthogonal Neural Networks (QOrthoNNs), we reduce operator inference complexity from O(n^2) to O(n), enabling scalable evaluation over fine discretizations. To provide rigorous uncertainty quantification, we combine ensemble-based epistemic modeling with adaptive conformal prediction, yielding distribution-free coverage guarantees. A key challenge in ensembling is that naive parallelism scales hardware resources linearly with the number of models. We resolve this by using Superposed Parameterized Quantum Circuits (SPQCs), which compress multiple ensemble members into a single circuit and enable simultaneous multi-model execution. Experiments on synthetic partial differential equations and real-world power system dynamics demonstrate that our approach achieves accurate predictions while maintaining calibrated uncertainty under realistic quantum noise. These results establish a practical pathway toward scalable, uncertainty-aware operator learning in quantum machine learning.


翻译:算子学习能够实现高维动力系统的快速替代建模,但现有方法面临两个基本限制:二次推理复杂度和安全关键场景下不可靠的不确定性量化。我们提出基于共形化的量子深度算子网络集成框架,同时解决这两个挑战。通过利用量子正交神经网络,我们将算子推理复杂度从O(n²)降至O(n),从而实现在精细离散化上的可扩展评估。为提供严格的不确定性量化,我们将基于集成的认知建模与自适应共形预测相结合,产生无分布覆盖保证。集成的关键挑战在于朴素并行化会使硬件资源随模型数量线性增长。我们通过使用叠加参数化量子电路解决这一问题,该电路将多个集成成员压缩至单个电路,实现同步多模型执行。在合成偏微分方程和真实电力系统动力学上的实验表明,本文方法能在现实量子噪声下保持校准不确定性的同时实现准确预测。这些结果为量子机器学习中可扩展、感知不确定性的算子学习奠定了基础。

0
下载
关闭预览

相关内容

量子机器学习综述
专知会员服务
57+阅读 · 2024年2月18日
专知会员服务
37+阅读 · 2021年9月12日
专知会员服务
48+阅读 · 2021年2月2日
深度学习模型可解释性的研究进展
专知
26+阅读 · 2020年8月1日
SFFAI报告 | 常建龙 :深度卷积网络中的卷积算子研究进展
人工智能前沿讲习班
11+阅读 · 2018年10月22日
<好书推荐> -《Pro Deep Learning with TensorFlow》分享
深度学习与NLP
12+阅读 · 2018年9月13日
超全总结:神经网络加速之量化模型 | 附带代码
国家自然科学基金
16+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
17+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
《面向国防领域的大语言模型基准测试与适配》
专知会员服务
11+阅读 · 10月28日
世界模型入门:从序贯决策到通用智能体
专知会员服务
14+阅读 · 10月24日
军事域更好使用人工智能的实用指南
专知会员服务
12+阅读 · 10月22日
《衡量语言模型中的作战规划能力》
专知会员服务
17+阅读 · 10月20日
相关基金
国家自然科学基金
16+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
17+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员