אלגוריתם חדש של למידת מכונה קוונטית: מודל מרקוב קוונטי נסתר מפוצל בהשראת משוואת מאסטר מותנית קוונטית

אלגוריתם חדש של למידת מכונה קוונטית: מודל מרקוב קוונטי נסתר מפוצל בהשראת משוואת מאסטר מותנית קוונטית

חותמת זמן: 24 בינואר 2024 7:38
צומת המקור: 3083772

שיאו-יו לי1, צ'ין-שנג ג'ו2, יונג הו2, האו וו2,3, גואו-וו יאנג4, ליאן-הוי יו2, וג'נג צ'ן4

1בית הספר להנדסת מידע ותוכנה, האוניברסיטה למדע וטכנולוגיה אלקטרונית של סין, Cheng Du, 610054, סין
2בית הספר לפיזיקה, האוניברסיטה למדע וטכנולוגיה אלקטרונית של סין, Cheng Du, 610054, סין
3המכון לאלקטרוניקה וטכנולוגיית תעשיית המידע של קאש, קאש, 844000, סין
4בית הספר למדעי המחשב והנדסת המחשב, האוניברסיטה למדע וטכנולוגיה אלקטרונית של סין, Cheng Du, 610054, סין

מצא את העיתון הזה מעניין או רוצה לדון? סקייט או השאירו תגובה ב- SciRate.

תַקצִיר

למודל Markov Quantum Hidden (HQMM) יש פוטנציאל משמעותי לניתוח נתונים מסדרת זמן וללימוד תהליכים סטוכסטיים בתחום הקוונטי כאפשרות שדרוג עם יתרונות פוטנציאליים על פני מודלים קלאסיים של Markov. במאמר זה, הצגנו את ה-HQMM המפוצל (SHQMM) ליישום תהליך מרקוב הקוונטי הנסתר, תוך שימוש במשוואת המאסטר המותנית עם תנאי איזון עדין כדי להדגים את החיבורים בין המצבים הפנימיים של המערכת הקוונטית. תוצאות הניסוי מצביעות על כך שהמודל שלנו מתעלה על דגמים קודמים מבחינת היקף היישומים והחוסן. בנוסף, אנו מקימים אלגוריתם למידה חדש לפתרון פרמטרים ב-HQMM על ידי קישור משוואת המאסטר המותנית הקוונטית ל-HQMM. לבסוף, המחקר שלנו מספק ראיות ברורות לכך שמערכת התחבורה הקוונטית יכולה להיחשב לייצוג פיזי של HQMM. ה-SHQMM עם אלגוריתמים נלווים מציגים שיטה חדשה לניתוח מערכות קוונטיות וסדרות זמן המבוססות על יישום פיזי.

תמונה מוצגת: דיאגרמת החישוב המורחב של $ρ^n(t)$ עבור קבוצה של רצפים $y_0$, $y_1$ · · · , $y_T$.

סיכום פופולרי

בעבודה זו, החל ממסגרת התיאוריה הפיזיקלית של המערכת הפתוחה וניצול משוואת המאסטר של המצב הקוונטי הנגזרת מהכנסת תנאי איזון מפורטים, אנו מבססים באופן תיאורטי את הקשר בין משוואת המאסטר של המצב הקוונטי לבין מודל מרקוב הקוונטי. במקביל, אנו מציעים רומן Splitting Quantum Markov Model (SHQMM). למרבה הפלא, תוצאות ניסוי לא רק מאשרות את עליונותם של אלגוריתמים קוונטיים על פני אלגוריתמים קלאסיים, אלא גם מדגימות שהמודל שלנו מתעלה על HQMMs קודמים, ומציע יישומים רחבים בחקר המצבים הפנימיים של מערכות קוונטיות.

► נתוני BibTeX

► הפניות

[1] חואן I Cirac ופיטר צולר. "חישובים קוונטיים עם יונים לכודים קרים". מכתבי סקירה פיזית 74, 4091 (1995).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.74.4091

[2] עמנואל קניל, ריימונד לאפלם וג'רלד ג'יי מילבורן. "סכימה לחישוב קוונטי יעיל עם אופטיקה ליניארית". טבע 409, 46–52 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1038 / 35051009

[3] ג'ייקוב ביאמונטה, פיטר וויטק, ניקולה פנקוטי, פטריק רבנטרוסט, נתן ווייב וסת' לויד. "למידת מכונה קוונטית". טבע 549, 195–202 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature23474

[4] M Cerezo, Guillaume Verdon, Hsin-Yuan Huang, Lukasz Cincio, פטריק ג'יי קולס. "אתגרים והזדמנויות בלמידת מכונה קוונטית". Nature Computational Science 2, 567–576 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s43588-022-00311-3

[5] Kishor Bharti, Alba Cervera-Lierta, Thi Ha Kyaw, Tobias Haug, Sumner Alperin-Lea, Abhinav Anand, Matthias Degroote, Hermanni Heimonen, Jakob S Kottmann, Tim Menke, et al. "אלגוריתמים רועשים בקוונטים בקנה מידה בינוני (ניסק) (2021)" (2021). arXiv:2101.08448v1.
arXiv: 2101.08448v1

[6] אלן אספורו-גוזיק, רולנד לינד ומרקוס רייהר. "הדמיית החומר (r) האבולוציה". ACS central science 4, 144–152 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1021/​acscentsci.7b00550

[7] יוליה מ' ג'ורג'סקו, סאהל אשאב ופרנקו נורי. "סימולציה קוונטית". ביקורות על פיזיקה מודרנית 86, 153 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.153

[8] מרקוס רייהר, נתן וויבה, קריסטה מ' סבור, דייב ווקר ומתיאס טרויר. "הבהרת מנגנוני תגובה במחשבים קוונטיים". הליכים של האקדמיה הלאומית למדעים 114, 7555–7560 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1619152114

[9] יודונג קאו, ג'ונתן רומרו ואלן אספורו-גוזיק. "פוטנציאל של מחשוב קוונטי לגילוי תרופות". IBM Journal of Research and Development 62, 6–1 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1147 / JRD.2018.2888987

[10] רומן אורוס, סמואל מוגל ואנריקה ליזאסו. "מחשוב קוונטי למימון: סקירה וסיכויים". ביקורות בפיזיקה 4, 100028 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.revip.2019.100028

[11] פייר-לוק דאלר-דמרס, ג'ונתן רומרו, ליבור וייס, סוקין סים ואלן אספורו-גוזיק. "Ansatz מעגל בעומק נמוך להכנת מצבים פרמיוניים בקורלציה במחשב קוונטי". Quantum Science and Technology 4, 045005 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 2058-9565 / ab3951

[12] אליזבת פונס, פאולה דוסון, ג'פרי יאו, שיאו-ג'ון זנג וג'ון קין. "מערכת דינמית חדשה להקצאת נכסים המשתמשת במודלים של Feature Saliency Hidden Markov להשקעה חכמה בטא". Expert Systems with Applications 163, 113720 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​j.eswa.2020.113720

[13] PV Chandrika, K Visalakshmi, ו-K Sakthi Srinivasan. "יישום של דגמי מרקוב נסתרים במסחר במניות". בשנת 2020 הכנס הבינלאומי השישי למערכות מחשוב ותקשורת מתקדמות (ICACCS). עמודים 6–1144. (1147).
https:/​/​doi.org/​10.1109/​ICACCS48705.2020.9074387

[14] דימה סולימאן, ערפאת אווג'אן, וואל אל אטאיווי. "השימוש במודל מרקוב נסתר בעיבוד שפה ערבית טבעית: סקר". Procedia מדעי המחשב 113, 240–247 (2017).
https://doi.org/​10.1016/​j.procs.2017.08.363

[15] חריז זקה מוחמד, מוחמד נסרון, קאסי סטיאנינגסיה ומוחמד ארי מורטי. "זיהוי דיבור למתרגם מאנגלית לאינדונזית באמצעות מודל מרקוב נסתר". בשנת 2018 כנס בינלאומי לאותות ומערכות (ICSigSys). עמודים 255–260. IEEE (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1109/​ICSIGSYS.2018.8372768

[16] Erik LL Sonnhammer, Gunnar Von Heijne, Anders Krogh, et al. "מודל מרקוב נסתר לחיזוי סלילים טרנסממברניים ברצפי חלבונים". ב-LSMB 1998. עמודים 175–182. (1998). כתובת אתר: https://​/​cdn.aaai.org/​ISMB/​1998/​ISMB98-021.pdf.
https://​cdn.aaai.org/​ISMB/​1998/​ISMB98-021.pdf

[17] גארי שי וז'אן M Fair. "מודל מרקוב נסתר: גישה מייצגת ייחודית קצרה ביותר לזיהוי רעלני חלבון, גורמי ארסיות וגנים של עמידות לאנטיביוטיקה". BMC Research Notes 14, 1–5 (2021).
https://doi.org/​10.21203/​rs.3.rs-185430/​v1

[18] שון אר אדי. "מהו דגם מרקוב נסתר?". טבע ביוטכנולוגיה 22, 1315–1316 (2004).
https://doi.org/​10.1038/​nbt1004-1315

[19] פול מ' באגנסטוס. "אלגוריתם שונה של baum-welch עבור דגמי מרקוב נסתרים עם מרחבי תצפית מרובים". IEEE Transactions on דיבור ועיבוד אודיו 9, 411–416 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1109 / 89.917686

[20] אלכסנדר קבצ'יץ' וחוסה MF Moura. "אלגוריתם הוויטרבי וזיכרון רעש מרקוב". IEEE Transactions on Information Theory 46, 291–301 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1109 / 18.817531

[21] טוד ק מון. "אלגוריתם הציפיות למקסום". IEEE Signal Processing Magazine 13, 47–60 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1109 / 79.543975

[22] אלכס מונרס, אלמוט בז' וקארוליין ויזנר. "מודלים קוונטיים נסתרים של מרקוב וקריאה לא אדפטיבית של מצבי גוף רבים" (2010). arXiv:1002.2337.
arXiv: 1002.2337

[23] סידרת' סריניוואסן, ג'וף גורדון ובירון בוטס. "לימוד דגמי מרקוב קוונטים נסתרים". בתוך עמוס סטורקי ופרננדו פרז-קרוז, עורכים, הליכים של הכנס הבינלאומי העשרים ואחת לאינטליגנציה מלאכותית וסטטיסטיקה. כרך 84 של Proceedings of Machine Learning Research, עמודים 1979–1987. PMLR (2018). כתובת אתר: https://​/​proceedings.mlr.press/​v84/​srinivasan18a.html.
https://​/​proceedings.mlr.press/​v84/​srinivasan18a.html

[24] הרברט ייגר. "מודלים ניתנים לצפייה של מפעילים לסדרות זמן סטוכסטיות בדידות". חישוב עצבי 12, 1371–1398 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1162 / 089976600300015411

[25] צ'ינג ליו, תומס ג'יי אליוט, פליקס סי בינדר, קרלו די פרנקו ומיל גו. "דוגמנות סטוכסטית אופטימלית עם דינמיקה קוונטית יחידה". פיזי. Rev. A 99, 062110 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.062110

[26] תומס ג'יי אליוט. "דחיסת זיכרון ויעילות תרמית של יישומים קוונטיים של מודלים סמויים של מרקוב לא דטרמיניסטיים". סקירה פיזית A 103, 052615 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.103.052615

[27] סנדש אדהיקארי, סידרת' סריניוואסן, ג'וף גורדון ובירון בוטס. "כושר ביטוי ולמידה של דגמי מרקוב קוונטים נסתרים". בכנס בינלאומי לבינה מלאכותית וסטטיסטיקה. עמודים 4151–4161. (2020). כתובת אתר: http://​/​proceedings.mlr.press/​v108/​adhikary20a/​adhikary20a.pdf.
http://​/​proceedings.mlr.press/​v108/​adhikary20a/​adhikary20a.pdf

[28] בו ג'יאנג ויו-הונג דאי. "מסגרת של תוכניות עדכון לשמירה על אילוצים לאופטימיזציה במגוון שטיפל". תכנות מתמטי 153, 535–575 (2015).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s10107-014-0816-7

[29] וניו מרקוב, ולדימיר ראסטונקוב, אמול דשמוך, דניאל פריי וצ'רלי סטפנסקי. "יישום ולמידה של מודלים קוונטיים סמויים של מרקוב" (2022). arXiv:2212.03796v2.
arXiv: 2212.03796v2

[30] שיאנטאו לי וצ'ונהאו וואנג. "הדמיית מערכות קוונטיות פתוחות מרקוביות באמצעות הרחבת סדרות מסדר גבוה יותר" (2022). arXiv:2212.02051v2.
arXiv: 2212.02051v2

[31] יושיטאקה תנימורה. "גישות ליוביל סטוכסטיות, לנגווין, פוקר-פלאנק וגישות משוואות מאסטר למערכות פיזור קוונטיות". Journal of the Physical Society of Japan 75, 082001 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1143 / JPSJ.75.082001

[32] אקיהיטו אישיזאקי וגראהם אר פלמינג. "טיפול אחיד בדינמיקת דילוג קוונטית קוהרנטית ובלתי קוהרנטית בהעברת אנרגיה אלקטרונית: גישת משוואת היררכיה מופחתת". כתב העת לפיזיקה כימית 130 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.3155372

[33] Jinshuang Jin, Xiao Zheng ו-YiJing Yan. "דינמיקה מדויקת של מערכות אלקטרוניות מתפזרות ותחבורה קוונטית: גישת משוואות היררכיות של תנועה". כתב העת לפיזיקה כימית 128 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.2938087

[34] לואיס א קלארק, ווי הואנג, תומס מ. בארלו ואלמוט בז'. "מודלים סמויים של מרקוב קוונטים ומערכות קוונטיות פתוחות עם משוב מיידי". ב-ISCS 2014 סימפוזיון בין-תחומי על מערכות מורכבות. עמודים 143–151. (2015).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-10759-2$_$16

[35] Xin-Qi Li, JunYan Luo, Yong-Gang Yang, Ping Cui ו-YiJing Yan. "גישת משוואת מאסטר קוונטית להובלה קוונטית דרך מערכות מזוסקופיות". סקירה פיזית B 71, 205304 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.71.205304

[36] Michael J Kastoryano, Fernando GSL Brandão, András Gilyén, et al. "הכנת מצב תרמי קוונטי" (2023). arXiv:2303.18224.
arXiv: 2303.18224

[37] מינג-ג'י ז'או והרברט ייגר. "מודלים ניתנים לצפייה של מפעילים". חישוב עצבי 22, 1927–1959 (2010).
https://doi.org/​10.1162/​neco.2010.03-09-983

[38] Sandesh Adhikary, Siddarth Srinivasan, וביירון בוטס. "למידת מודלים גרפיים קוונטיים תוך שימוש בירידה בשיפוע מוגבל על סעפת הסטיפל" (2019). arXiv:2101.08448v1.
arXiv: 2101.08448v1

[39] MS Vijayabaskar David R. Westhead, עורך. "דגמי מרקוב נסתרים". כרך 2, עמוד 18. Humana New York, NY. (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-1-4939-6753-7

מצוטט על ידי

מאמר זה מתפרסם בקוונטים תחת התקציב ייחוס Creative Commons 4.0 הבינלאומי (CC BY 4.0) רישיון. זכויות יוצרים נשארות עם בעלי זכויות היוצרים המקוריים כמו המחברים או מוסדותיהם.

בול זמן:

עוד מ יומן קוונטים