The Quantum Convolutional Neural Network (QCNN) is a quantum circuit model inspired by the architecture of Convolutional Neural Networks (CNNs). The success of CNNs is largely due to its ability to learn high level features from raw data rather than requiring manual feature design. Neural Architecture Search (NAS) continues this trend by learning network architecture, alleviating the need for its manual construction and have been able to generate state of the art models automatically. Search space design is a crucial step in NAS and there is currently no formal framework through which it can be achieved for QCNNs. In this work we provide such a framework by utilizing techniques from NAS to create an architectural representation for QCNNs that facilitate search space design and automatic model generation. This is done by specifying primitive operations, such as convolutions and pooling, in such a way that they can be dynamically stacked on top of each other to form different architectures. This way, QCNN search spaces can be created by controlling the sequence and hyperparameters of stacked primitives, allowing the capture of different design motifs. We show this by generating QCNNs that belong to a popular family of parametric quantum circuits, those resembling reverse binary trees. We then benchmark this family of models on a music genre classification dataset, GTZAN. Showing that alternating architecture impact model performance more than other modelling components such as choice of unitary ansatz and data encoding, resulting in a way to improve model performance without increasing its complexity. Finally we provide an open source python package that enable dynamic QCNN creation by system or hand, based off the work presented in this paper, facilitating search space design.


翻译:Quantum Convolutional Neal 网络(QCNN) 是一个受 Convolutional Neal 网络架构启发的量子电路模型(QCNN ) 。 CNN的成功主要归功于它能够从原始数据中学习高层次的特征,而不是需要手工的特性设计。 神经建筑搜索(NAS)通过学习网络架构,继续这一趋势,减轻对手工构建的需求,并能够自动生成艺术模型。 搜索空间设计是NAS中的一个关键步骤,目前没有可实现QCNN 结构的复杂度选择框架。 在这项工作中,我们通过利用NAS的技术为QCN 创建一个建筑性能表来创建这样的框架,从而能够从原始的操作中学习高层次的特征,而不是用手工的特征设计来创建。 我们通过在这种系统上动态的模型和超分立式的原始网络的模型来创建这样的模型。 我们通过在这种系统上生成一个动态的系统, 使得这些动态的系统能够从系统向其它的反向下建立。

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