Recent work suggests that quantum machine learning techniques can be used for classical image classification by encoding the images in quantum states and using a quantum neural network for inference. However, such work has been restricted to very small input images, at most 4 x 4, that are unrealistic and cannot even be accurately labeled by humans. The primary difficulties in using larger input images is that hitherto-proposed encoding schemes necessitate more qubits than are physically realizable. We propose a framework to classify larger, realistic images using quantum systems. Our approach relies on a novel encoding mechanism that embeds images in quantum states while necessitating fewer qubits than prior work. Our framework is able to classify images that are larger than previously possible, up to 16 x 16 for the MNIST dataset on a personal laptop, and obtains accuracy comparable to classical neural networks with the same number of learnable parameters. We also propose a technique for further reducing the number of qubits needed to represent images that may result in an easier physical implementation at the expense of final performance. Our work enables quantum machine learning and classification on classical datasets of dimensions that were previously intractable by physically realizable quantum computers or classical simulation


翻译:最近的工作表明,量子机器学习技术可用于古典图像分类,方法是将量子状态中的图像编码,并使用量子神经网络进行推断。然而,这种工作仅限于极小的输入图像,最多为4x4,不切实际,甚至不能被人类准确标注。使用较大输入图像的主要困难是,迄今为止拟议的编码方法比实际可以实现的要多。我们提出了一个使用量子系统对大而现实的图像进行分类的框架。我们的方法依赖于一种新颖的编码机制,它将图像嵌入量子状态中,同时比以前的工作少几。我们的框架能够对比以前可能大得多的图像进行分类,个人笔记本上的MNIST数据集最高可达16x16,并获得与具有相同数量可学习参数的古典神经网络的准确性。我们还提出了进一步减少需要的象子数量的方法,以代表图像,从而可能以最终性能为代价实现更容易的实际执行。我们的工作使得量子机器能够对以前由物理上可变的量子计算机或古典的尺寸进行学习和分类。

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