In this work, we present a Quantum Hopfield Associative Memory (QHAM) and demonstrate its capabilities in simulation and hardware using IBM Quantum Experience. The QHAM is based on a quantum neuron design which can be utilized for many different machine learning applications and can be implemented on real quantum hardware without requiring mid-circuit measurement or reset operations. We analyze the accuracy of the neuron and the full QHAM considering hardware errors via simulation with hardware noise models as well as with implementation on the 15-qubit ibmq_16_melbourne device. The quantum neuron and the QHAM are shown to be resilient to noise and require low qubit overhead and gate complexity. We benchmark the QHAM by testing its effective memory capacity and demonstrate its capabilities in the NISQ-era of quantum hardware. This demonstration of the first functional QHAM to be implemented in NISQ-era quantum hardware is a significant step in machine learning at the leading edge of quantum computing.


翻译:在这项工作中,我们展示了“量子”Hopfield聚合内存(QHAM),并用IBM 量子体体验来展示其模拟和硬件能力。QHAM基于量子神经设计,可用于许多不同的机器学习应用,并且可以在实际量子硬件上实施,而不需要中路测量或重置操作。我们分析了神经元的准确性,以及整个QHAM考虑硬件错误时,通过硬件噪音模型模拟以及15-qbit ibmq_16_melmelbourne装置的实施。量子神经元和QHAM被证明具有适应噪音的能力,需要低当量子顶部和门复杂度。我们通过测试其有效的记忆能力,并展示其在量子硬件的NISQ时代的能力,以此为QHAM基准。这是在量子计算领先的机器学习过程中迈出的重要一步。

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