量子计算系列#2 : 量子机器学习与量子深度学习补充资料,QML,QeML,QaML

人们对信息的认识,总是远远落后于信息处理机器的生产 —— David 9

很多时候,当我们讨论一个新颖的模型,其实都是在讨论信息处理技术,只是我们很多时候并没有意识到。曾今当图灵机提出的时候,很多人甚至包括设计师自己,都无法想象这种机器会促进何种形式的信息处理技术。

现在,量子计算机也面临着类似的处境,毫无疑问它是处理信息的一种新机器,但没有人知道什么样的信息处理技术可以在这种机器上大放异彩。

上次我们讨论了量子神经网络的基本知识,值得强调的是,这种QNN(量子系统)并不一定是处理信息的最好方式,正如冯诺依曼结构在图灵机之后近10年提出并经过了长时间的考验。 在进一步深入思考之前,我们必须确保自己能够更独立地思考,来判别未来的方向,因此,David补充了下面量子机器学习与量子深度学习的资料,供大家参考:

1. 量子力学五大基本假设 为方便记忆也可以叫“剥削算全态”. 具体内容如下:

(1)函数假设:微观体系的运动状态被一个属于希尔伯特空间波函数完全描述,从这个波函数可以得出体系的所有性质。
(2)演化假设:微观体系的运动状态波函数随时间的演化满足定谔方程
(3)算符假设:力学量用厄米表示。

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量子卷积神经网络QCNN,TensorFlow Quantum(TFQ)和近期量子计算的疑问总结和例子,David 9量子计算系列#2

人类使用工具的过程很有意思,他们用旧的“先验”去获取新“先验”,而不是满足于完善旧的“先验” — David 9

量子计算机和其它人类工具一样,只是帮助人们探索未见的新“先验”。因为第一期的量子计算QNN入门反响热烈,所以David打算在这里补充第二期。并回答一些前沿探索的关键性问题:

  • TFQ和Cirq的关系和架构

用一句话概括,TFQ(TensorFlow Quantum)是将CirqTensorFlow集成在一起的框架。TensorFlow是包装ml或深度学习算法的上层框架。而Cirq就更接近量子计算机设备操作,包括各种常见门逻辑线路(Circuits)设计,支持不同结构的量子设备(google的Xmon量子设备是网状qubits)。

本质上,TFQ模型的目的是把量子线路(Circuits)嵌入到普通深度学习(机器学习)模型中,让量子线路编码经典深度学习(机器学习)的信息(下图蓝框部分):

来自:https://ai.googleblog.com/2020/03/announcing-tensorflow-quantum-open.html

即,制定一些量子线路操作,并对输入量子的量子间“去纠缠”,然后就可以编码经典世界中的信息。详细了解可以看看我们第一期内容

  • NISQ和Cluster State 是什么意思?

NISQCluster State是目前量子计算领域的主流概念。

我们知道,所量子叠加态就是一个量子能在同一时间处于两种不同属性0和1的状态,而对于经典物理中,一个粒子只能处于一种状态,如要么左旋,要么右旋。所谓量子纠缠态,简单来说,就是满足一定条件的情况下一个量子的行为将会影响到另一个量子的状态。即其中一个量子被操作改变而发生状态变化时,比如进行量子观测时,一个量子被观测为左旋。则另一个量子其状态立即发生相应的状态变化。而两个量子之间不存在一定相同或者相反的绝对规则。因此两个被纠缠的粒子可以是状态相同,也可以是状态相反

叠加纠缠的普遍存在, 继续阅读量子卷积神经网络QCNN,TensorFlow Quantum(TFQ)和近期量子计算的疑问总结和例子,David 9量子计算系列#2

【独家】当量子计算遇上神经网络与深度学习,QNN初探( Quantum Neural Networks),David 9的量子计算系列#1

曾经的存在主义与结构主义的争论,在量子世界中似乎用概率和大量抽样完成了和解 — David 9

上世纪60年代哲学界有一场关于存在主义结构主义的争论:存在主义认为一个人的发展是由“自由意识”和欲望主导的; 结构主义认为占主导的其实是社会中的经济、政治、伦理、宗教等结构性因素,人只是巨大结构中的一部分。

究竟是什么塑造了一个人也许难以确定。而对于量子世界,一个qubit(量子比特)的状态,不仅受到量子系统的磁场影响,qubit本身也有自身状态的变化概率和扰动。我们一会儿可以看到,量子系统的输出,即那个qubit的最终观测状态,是用概率和大量抽样判定的:

在细讲QNN前(量子神经网络其实是一个量子系统),David 9 有必要介绍一下量子计算本身的一些基础知识 。

首先,量子计算与传统计算机的不同,可从qubit(量子比特)说起,我们知道与电子计算机非“0”“1”相比,qubit的状态可能同时介于“0”和“1”之间

即所谓的“薛定谔的猫”的叠加态(superposition):

\frac{1} {\sqrt{2}}(|0>+|1>) (在量子物理中符号|x>表示状态x)

你们可能会问David,为什么状态系数是 1/\sqrt{2} ? 这是量子物理中的一个约定(规范化),即平方和等于1

 α^2+β^2=1

其中αβ就是状态的系数,是不是让你联想到圆形几何 ?

是的,在量子物理中可以把qubit想象成粒子球体(叠加或非叠加态):

三维世界中qubit的自旋状态非常灵活,可以上自旋(|0>),可以下自旋(|1>),可以像地球一样斜着自旋

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