Methods of artificial intelligence (AI) and especially machine learning (ML) have been growing ever more complex, and at the same time have more and more impact on people's lives. This leads to explainable AI (XAI) manifesting itself as an important research field that helps humans to better comprehend ML systems. In parallel, quantum machine learning (QML) is emerging with the ongoing improvement of quantum computing hardware combined with its increasing availability via cloud services. QML enables quantum-enhanced ML in which quantum mechanics is exploited to facilitate ML tasks, typically in form of quantum-classical hybrid algorithms that combine quantum and classical resources. Quantum gates constitute the building blocks of gate-based quantum hardware and form circuits that can be used for quantum computations. For QML applications, quantum circuits are typically parameterized and their parameters are optimized classically such that a suitably defined objective function is minimized. Inspired by XAI, we raise the question of explainability of such circuits by quantifying the importance of (groups of) gates for specific goals. To this end, we transfer and adapt the well-established concept of Shapley values to the quantum realm. The resulting attributions can be interpreted as explanations for why a specific circuit works well for a given task, improving the understanding of how to construct parameterized (or variational) quantum circuits, and fostering their human interpretability in general. An experimental evaluation on simulators and two superconducting quantum hardware devices demonstrates the benefits of the proposed framework for classification, generative modeling, transpilation, and optimization. Furthermore, our results shed some light on the role of specific gates in popular QML approaches.


翻译:人工智能(AI)和特别是机器学习(ML)方法日益复杂,同时对人们的生活产生越来越多的影响。这导致可以解释的AI(XAI)作为一个重要的研究领域,有助于人类更好地理解 ML 系统。与此同时,量子机器学习(QML)随着量子计算硬件不断改进,加上通过云服务增加可用性而出现。QML使得量子增强ML能够解释这种电路,利用量子力来帮助ML任务,典型的形式是将量子和经典资源相结合的量子级混合算法。量子门门门构成基于门的量子硬件和可被用于量子计算的重要研究领域。对于QML应用而言,量子机器学习(QML)正在出现,随着量子计算硬件硬件硬件的不断改进,其参数正在以传统方式优化。在XAII的启发下,我们提出了这种电路路路路路的可解释问题,通过量化(集团)光门对具体目标的重要性。为此,我们转移并调整了基于门的可变性结构的可解释性,从而推算出精确地解释成本。</s>

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
72+阅读 · 2022年6月28日
机器学习组合优化
专知会员服务
108+阅读 · 2021年2月16日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
150+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
77+阅读 · 2019年10月10日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
92+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
103+阅读 · 2019年10月9日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
AI可解释性文献列表
专知
42+阅读 · 2019年10月7日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
25+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
15+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
Directions for Explainable Knowledge-Enabled Systems
Arxiv
26+阅读 · 2020年3月17日
VIP会员
相关VIP内容
不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
72+阅读 · 2022年6月28日
机器学习组合优化
专知会员服务
108+阅读 · 2021年2月16日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
150+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
77+阅读 · 2019年10月10日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
92+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
103+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
AI可解释性文献列表
专知
42+阅读 · 2019年10月7日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
25+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
15+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员