Real-time reconstruction of conditional quantum states from continuous measurement records is a fundamental requirement for quantum feedback control, yet standard stochastic master equation (SME) solvers require exact model specification, known system parameters, and are sensitive to parameter mismatch. While neural sequence models can fit these stochastic dynamics, the unconstrained predictors can violate physicality such as positivity or trace constraints, leading to unstable rollouts and unphysical estimates. We propose a Kraus-structured output layer that converts the hidden representation of a generic sequence backbone into a completely positive trace preserving (CPTP) quantum operation, yielding physically valid state updates by construction. We instantiate this layer across diverse backbones, RNN, GRU, LSTM, TCN, ESN and Mamba; including Neural ODE as a comparative baseline, on stochastic trajectories characterized by parameter drift. Our evaluation reveals distinct trade-offs between gating mechanisms, linear recurrence, and global attention. Across all models, Kraus-LSTM achieves the strongest results, improving state estimation quality by 7% over its unconstrained counterpart while guaranteeing physically valid predictions in non-stationary regimes.


翻译:从连续测量记录中实时重构条件量子态是实现量子反馈控制的基本要求,然而标准的随机主方程(SME)求解器需要精确的模型规格和已知的系统参数,并且对参数失配敏感。虽然神经序列模型可以拟合这些随机动力学,但无约束的预测器可能违反物理性,如正定性或迹约束,导致不稳定的推演和非物理的估计。我们提出了一种Kraus结构输出层,它将通用序列主干网络的隐藏表示转换为完全正定且保迹(CPTP)的量子操作,从而在构造上产生物理有效的状态更新。我们在多种主干网络(RNN、GRU、LSTM、TCN、ESN和Mamba)上实例化了该层,并以神经ODE作为比较基线,在参数漂移为特征的随机轨迹上进行实验。我们的评估揭示了门控机制、线性递归和全局注意力之间不同的权衡。在所有模型中,Kraus-LSTM取得了最强的结果,在非稳态区域中,其状态估计质量比其无约束对应模型提高了7%,同时保证了物理有效的预测。

0
下载
关闭预览

相关内容

物理知识辅助的机器学习预测:综述
专知会员服务
31+阅读 · 2024年8月25日
《量子机器学习》最新综述
专知会员服务
41+阅读 · 2023年8月24日
《量子目标检测》182页博士论文,约克大学
专知会员服务
29+阅读 · 2023年3月22日
「连续学习Continual learning, CL」最新2022研究综述
专知会员服务
85+阅读 · 2022年6月26日
【2022新书】给工程师的量子机器学习简介,204页pdf
专知会员服务
56+阅读 · 2022年5月22日
最新《深度持续学习》综述论文,32页pdf
专知会员服务
89+阅读 · 2020年9月6日
基于模型的强化学习综述
专知
42+阅读 · 2022年7月13日
基于 Keras 用深度学习预测时间序列
R语言中文社区
23+阅读 · 2018年7月27日
长文 | LSTM和循环神经网络基础教程(PDF下载)
机器学习算法与Python学习
14+阅读 · 2018年2月28日
教程 | 基于Keras的LSTM多变量时间序列预测
机器之心
20+阅读 · 2017年10月30日
回归预测&时间序列预测
GBASE数据工程部数据团队
44+阅读 · 2017年5月17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
0+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
0+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
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
12+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2月19日
VIP会员
最新内容
乌克兰纵深打击如何重塑俄罗斯的战略选择
专知会员服务
1+阅读 · 今天12:25
俄乌战争中关于中程打击无人机部署的经验启示
专知会员服务
0+阅读 · 今天12:08
《基于强化学习的自动化红队测试》
专知会员服务
4+阅读 · 7月23日
伊朗不对称防空战略的演进
专知会员服务
4+阅读 · 7月23日
对抗环境下超视距目标打击的情报支援
专知会员服务
10+阅读 · 7月22日
相关资讯
基于模型的强化学习综述
专知
42+阅读 · 2022年7月13日
基于 Keras 用深度学习预测时间序列
R语言中文社区
23+阅读 · 2018年7月27日
长文 | LSTM和循环神经网络基础教程(PDF下载)
机器学习算法与Python学习
14+阅读 · 2018年2月28日
教程 | 基于Keras的LSTM多变量时间序列预测
机器之心
20+阅读 · 2017年10月30日
回归预测&时间序列预测
GBASE数据工程部数据团队
44+阅读 · 2017年5月17日
相关基金
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
0+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
0+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
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
12+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员