Deep learning is one of the most successful and far-reaching strategies used in machine learning today. However, the scale and utility of neural networks is still greatly limited by the current hardware used to train them. These concerns have become increasingly pressing as conventional computers quickly approach physical limitations that will slow performance improvements in years to come. For these reasons, scientists have begun to explore alternative computing platforms, like quantum computers, for training neural networks. In recent years, variational quantum circuits have emerged as one of the most successful approaches to quantum deep learning on noisy intermediate scale quantum devices. We propose a hybrid quantum-classical neural network architecture where each neuron is a variational quantum circuit. We empirically analyze the performance of this hybrid neural network on a series of binary classification data sets using a simulated universal quantum computer and a state of the art universal quantum computer. On simulated hardware, we observe that the hybrid neural network achieves roughly 10% higher classification accuracy and 20% better minimization of cost than an individual variational quantum circuit. On quantum hardware, we observe that each model only performs well when the qubit and gate count is sufficiently small.


翻译:深层学习是当今机器学习中最成功和意义最深远的战略之一。 但是,神经网络的规模和效用仍然受到目前用于培训这些网络的硬件的极大限制。 这些关注已变得日益紧迫,因为常规计算机迅速接近物理限制,从而在未来数年内减缓性能的改善。 出于这些原因,科学家已开始探索替代计算平台,如量子计算机,用于培训神经网络。近年来,变量子电路已成为在噪音中等规模量子设备上进行量子深层学习的最成功方法之一。 我们提议了一个混合的量子-古典神经网络结构,其中每个神经是变量子电路。 我们用模拟通用量子计算机和通用量子计算机的状态对一系列双轨分类数据集的性能进行了实验分析。 在模拟硬件方面,我们看到混合神经网络的分类精度达到大约10%,成本的最小度比单个变量量量电路要高20%。 在量子硬件方面,我们发现每种模型只有在数量小的情况下才能运行良好。

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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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