Quantum machine learning requires powerful, flexible and efficiently trainable models to be successful in solving challenging problems. In this work, we present density quantum neural networks, a learning model incorporating randomisation over a set of trainable unitaries. These models generalise quantum neural networks using parameterised quantum circuits, and allow a trade-off between expressibility and efficient trainability, particularly on quantum hardware. We demonstrate the flexibility of the formalism by applying it to two recently proposed model families. The first are commuting-block quantum neural networks (QNNs) which are efficiently trainable but may be limited in expressibility. The second are orthogonal (Hamming-weight preserving) quantum neural networks which provide well-defined and interpretable transformations on data but are challenging to train at scale on quantum devices. Density commuting QNNs improve capacity with minimal gradient complexity overhead, and density orthogonal neural networks admit a quadratic-to-constant gradient query advantage with minimal to no performance loss. We conduct numerical experiments on synthetic translationally invariant data and MNIST image data with hyperparameter optimisation to support our findings. Finally, we discuss the connection to post-variational quantum neural networks, measurement-based quantum machine learning and the dropout mechanism.


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神经网络(Neural Networks)是世界上三个最古老的神经建模学会的档案期刊:国际神经网络学会(INNS)、欧洲神经网络学会(ENNS)和日本神经网络学会(JNNS)。神经网络提供了一个论坛,以发展和培育一个国际社会的学者和实践者感兴趣的所有方面的神经网络和相关方法的计算智能。神经网络欢迎高质量论文的提交,有助于全面的神经网络研究,从行为和大脑建模,学习算法,通过数学和计算分析,系统的工程和技术应用,大量使用神经网络的概念和技术。这一独特而广泛的范围促进了生物和技术研究之间的思想交流,并有助于促进对生物启发的计算智能感兴趣的跨学科社区的发展。因此,神经网络编委会代表的专家领域包括心理学,神经生物学,计算机科学,工程,数学,物理。该杂志发表文章、信件和评论以及给编辑的信件、社论、时事、软件调查和专利信息。文章发表在五个部分之一:认知科学,神经科学,学习系统,数学和计算分析、工程和应用。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/nn/
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