Quantum machine learning methods are increasingly explored for modeling complex environmental systems, including groundwater heat plume dynamics. In this work, we explore a Quantum Convolutional Neural Network (QCNN) as a surrogate model for predicting temperature variations in groundwater induced by geothermal heat pumps in the city of Munich. To comply with the scalability constraints of current quantum hardware, the original high-dimensional simulation output is reduced to a compact set of representative parameters that serve as training targets for the surrogate. The proposed QCNN architecture consists of a quantum convolutional layer, a quantum pooling layer, and a fully connected quantum readout stage. Convolution and pooling operations are realized via parameterized quantum circuits based on rotational gates and measurement-driven decoding, while a Hamiltonian-inspired feature-encoding scheme is used to prepare informative input states on the quantum device. We evaluate the QCNN across multiple execution backends, including an ideal statevector simulator, a noisy simulator, IBM's 127-qubit Kyiv quantum processor, and the same hardware augmented with advanced error-mitigation techniques. Realistic noise models are employed to approximate device behavior and to assess the impact of mitigation strategies. Model performance is benchmarked using mean squared error (MSE) on both training and testing sets. The results show that, although classical neural networks still achieve the highest predictive accuracy, the QCNN attains competitive and consistent performance on simulators and exhibits noticeable improvement under error-mitigated hardware conditions. These findings indicate that quantum-enhanced surrogate modeling is a promising direction for future groundwater temperature prediction as quantum hardware and error-mitigation techniques continue to mature.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
【TPAMI2022】激光雷达获取的稀疏深度补全综述
专知会员服务
17+阅读 · 2023年1月1日
Graph Neural Networks 综述
计算机视觉life
30+阅读 · 2019年8月13日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
深度学习中Attention Mechanism详细介绍:原理、分类及应用
深度学习与NLP
10+阅读 · 2019年2月18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
H-Nets:让CNN的旋转等变性更加稳定
论智
12+阅读 · 2018年4月18日
【深度学习基础】4. Recurrent Neural Networks
微信AI
16+阅读 · 2017年7月19日
详述DeepMind wavenet原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
12+阅读 · 2017年6月26日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2017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 · 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
2+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
12+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
35+阅读 · 2021年1月27日
VIP会员
最新内容
ICML 2026 | CFPO:用反事实策略优化提升多模态推理
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:45
综述 | 世界动作模型:少做梦,多行动
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:43
美以伊冲突:无人机与人工智能的运用
专知会员服务
3+阅读 · 今天14:31
《特种部队在透明战场中的生存力》最新报告
专知会员服务
2+阅读 · 今天14:11
《人工智能生成的零日漏洞:对未来作战的影响》
综述 | 3D场景图:开放挑战与未来方向
专知会员服务
8+阅读 · 6月22日
21世纪的无人机战争
专知会员服务
4+阅读 · 6月22日
《量子技术的军事任务技术适配与利用》
专知会员服务
5+阅读 · 6月22日
相关VIP内容
【TPAMI2022】激光雷达获取的稀疏深度补全综述
专知会员服务
17+阅读 · 2023年1月1日
相关资讯
Graph Neural Networks 综述
计算机视觉life
30+阅读 · 2019年8月13日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
深度学习中Attention Mechanism详细介绍:原理、分类及应用
深度学习与NLP
10+阅读 · 2019年2月18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
H-Nets:让CNN的旋转等变性更加稳定
论智
12+阅读 · 2018年4月18日
【深度学习基础】4. Recurrent Neural Networks
微信AI
16+阅读 · 2017年7月19日
详述DeepMind wavenet原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
12+阅读 · 2017年6月26日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2017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 · 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
2+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
12+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员