One of the most promising applications of quantum computing is the processing of graphical data like images. Here, we investigate the possibility of realizing a quantum pattern recognition protocol based on swap test, and use the IBMQ noisy intermediate-scale quantum (NISQ) devices to verify the idea. We find that with a two-qubit protocol, swap test can efficiently detect the similarity between two patterns with good fidelity, though for three or more qubits the noise in the real devices becomes detrimental. To mitigate this noise effect, we resort to destructive swap test, which shows an improved performance for three-qubit states. Due to limited cloud access to larger IBMQ processors, we take a segment-wise approach to apply the destructive swap test on higher dimensional images. In this case, we define an average overlap measure which shows faithfulness to distinguish between two very different or very similar patterns when simulated on real IBMQ processors. As test images, we use binary images with simple patterns, greyscale MNIST numbers and MNIST fashion images, as well as binary images of human blood vessel obtained from magnetic resonance imaging (MRI). We also present an experimental set up for applying destructive swap test using the nitrogen vacancy centre (NVs) in diamond. Our experimental data show high fidelity for single qubit states. Lastly, we propose a protocol inspired from quantum associative memory, which works in an analogous way to supervised learning for performing quantum pattern recognition using destructive swap test.


翻译:量子计算最有希望的应用程序之一是处理图像等图形数据。 在这里, 我们调查实现基于互换测试的量子模式识别协议的可能性, 并使用 IBMQ 噪音的中间尺度量度( NISQ ) 设备来验证这一想法。 我们发现, 使用双位协议, 互换测试可以有效检测两种模式之间的相似性, 尽管对于三个或三个以上方位来说, 真实设备中的噪音会变得有害。 为了减轻这种噪音效应, 我们诉诸破坏性互换测试, 这表明三公尺国家的性能有所改善。 由于对更大的 IBMQ 处理器的云量访问有限, 我们采取按部位法的方法将破坏性互换测试适用于更高维度的图像。 在这种情况下, 我们定义了一个平均的重叠测量度, 在模拟真实的 IBMMQ处理器处理器中, 我们使用简单模式、 灰度的 MNIST 数字和MNIST 格式图像, 以及从磁力再反应中获取的人类血液容器的二元图象。 我们用一个高级的内核实验性实验性测试模型测试模型,, 将一个我们用来测试的内存的内存的内存的内存的内存中, 。

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