量子物理
[提交于 2024年12月1日
]
标题: 具有灵活步长的量子卷积神经网络
标题: Quantum Convolutional Neural Network with Flexible Stride
摘要: 卷积神经网络是机器学习的重要工具,尤其是在计算机视觉领域。 其独特的结构和特性在特征提取方面提供了显著优势。 然而,随着数据规模的指数增长,经典计算架构在时间效率和内存需求方面面临严重挑战。 在本文中,我们提出了一种新型的量子卷积神经网络算法。 它能够在确保所需量子比特不随滑动窗口大小成比例增加的情况下,灵活调整步长以适应不同的任务。 首先,提出了一种基于量子叠加的数据加载方法,能够指数级减少空间需求。 随后,设计了用于卷积层、池化层和全连接层的量子子程序,全面复制了经典卷积神经网络的核心功能。 其中,引入了量子算术技术,通过特征的位置信息恢复相应感受野的数据位置信息,使步长选择更加灵活。 此外,采用了并行量子幅度估计和交换测试技术,实现了并行特征提取。 分析表明,与经典方法相比,该方法在更少内存的情况下能够实现数据规模的指数级加速。 最后,所提出的方法在Qiskit框架上进行了数值模拟,使用MNIST数据集中的手写数字图像。 实验结果为该模型的有效性提供了证据。
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