The quantum convolutional neural network (QCNN) is a promising quantum machine learning (QML) model that is expected to achieve quantum advantages in classically intractable problems. However, the QCNN requires a large number of measurements for data learning, limiting its practical applications in large-scale problems. To alleviate this requirement, we propose a novel architecture called split-parallelizing QCNN (sp-QCNN), which exploits the prior knowledge of quantum data to design an efficient model. This architecture draws inspiration from geometric quantum machine learning and targets translationally symmetric quantum data commonly encountered in physics and quantum computing science. By splitting the quantum circuit based on translational symmetry, the sp-QCNN can substantially parallelize the conventional QCNN without increasing the number of qubits and improve the measurement efficiency by an order of the number of qubits. To demonstrate its effectiveness, we apply the sp-QCNN to a quantum phase recognition task and show that it can achieve comparable classification accuracy to the conventional QCNN while considerably reducing the measurement resources required. Due to its high measurement efficiency, the sp-QCNN can mitigate statistical errors in estimating the gradient of the loss function, thereby accelerating the learning process. These results open up new possibilities for incorporating the prior data knowledge into the efficient design of QML models, leading to practical quantum advantages.


翻译:量子卷积神经网络(QCNN)是一种有前景的量子机器学习(QML)模型,有望在经典难以处理的问题中实现量子优势。然而,QCNN在数据学习中需要大量测量,这限制了其在大型问题中的实际应用。为缓解这一需求,我们提出了一种称为分裂并行化QCNN(sp-QCNN)的新型架构,该架构利用量子数据的先验知识来设计高效模型。该架构受几何量子机器学习的启发,针对物理和量子计算科学中常见的平移对称量子数据。通过基于平移对称性分裂量子电路,sp-QCNN可以在不增加量子比特数量的前提下大幅并行化传统QCNN,并将测量效率提升一个量子比特数量级。为验证其有效性,我们将sp-QCNN应用于量子相位识别任务,结果表明,在显著减少测量资源的同时,其分类精度可与传统QCNN相媲美。由于高测量效率,sp-QCNN能够减少估计损失函数梯度时的统计误差,从而加速学习过程。这些结果揭示了将数据先验知识融入QML模型高效设计的新可能性,进而推动实际量子优势的实现。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017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 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+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
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
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Advances and Open Problems in Federated Learning
Arxiv
18+阅读 · 2019年12月10日
Arxiv
18+阅读 · 2019年3月28日
VIP会员
最新内容
消耗优势:美军的“精确规模化”概念
专知会员服务
3+阅读 · 今天10:12
《离线语言支持系统:面向空战战术决策》
专知会员服务
3+阅读 · 今天9:53
俄乌战场地面机器人如何改写战争规则
专知会员服务
8+阅读 · 6月14日
《无人水面艇文献综述与结构设计》135页
专知会员服务
12+阅读 · 6月13日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017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 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+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
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
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员