• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
Рубрика выходит при поддержке
31.12.2021
Мария Осетрова
4
13 660

Физики создали квантовую нейросеть, способную к обучению

6.4

Исследователи из США и Великобритании определили, что сверточные нейронные сети не страдают от проблемы «бесплодного плато» и гарантированно обучаемы. Такую архитектуру можно будет использовать для анализа данных при помощи квантовых компьютеров.

© Los Alamos National Laboratory
© Los Alamos National Laboratory

Квантовые нейронные сети вызывают ажиотаж вокруг возможности эффективного анализа квантовых данных. Но это волнение сдерживает проблема так называемого бесплодного плато, характерная для многих архитектур нейронных сетей. В процессе обучения нейронная сеть движется по ландшафту функции потерь, стараясь найти самую нижнюю точку. Попадая в «бесплодное плато», она не чувствует достаточного перепада высот и, соответственно, не может определить, в каком направлении двигаться дальше. В результате натренировать нейронную сеть не удается.

В своей работе ученые решили проверить, будут ли от проблемы «бесплодного плато» страдать сверточные нейронные сети. При их создании вдохновлялись строением зрительной коры головного мозга. Сверточные нейронные сети состоят из череды слоев с постепенно снижающейся размерностью, которые сохраняют ключевые особенности набора данных. Такую структуру нейросетей используют для самых разных задач — от анализа изображений до распознавания речи.

Авторам исследования удалось показать, что квантовые сверточные нейронные сети невосприимчивы к «бесплодному плато», в отличие от многих других архитектур нейронных сетей. Это особенно актуально при увеличении размерности данных. Ученые предполагают, что масштабируемые и обучаемые квантовые нейронные сети подойдут для анализа и моделирования материалов с высокотемпературной сврехпроводимостью, на которые одновременно влияют множество параметров: температура, давление, наличие примесей и разница фаз. Классическим компьютерам такие вычисления не под силу.

Кроме того, авторы работы представляют новую методику, основанную на графах, с помощью которой они анализировали чувствительность нейронной сети к «бесплодному плато». Исследователи предполагают, что она может быть полезна и в других приложениях.

Статья с подробным описанием структуры нейросети и доказательствами ее обучаемости опубликована в журнале Physical Review X.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 12:19
РНФ

Ученые показали, что экстремальный подъем уровня Каспийского моря на десятки метров, произошедший 18-13 тысяч лет назад и получивший название «Великая Хвалынская трансгрессия», мог быть вызван, вопреки существующим гипотезам, не таянием ледника, а естественными изменениями палеоклимата. Оказалось, что из-за холодного климата того периода обширные территории, с которых собирали воду впадающие в Каспий реки, были покрыты многолетней мерзлотой. В результате массы дождевых и талых вод почти не впитывались в мерзлые грунты и стекали в море, испарение с поверхности которого было небольшим. Все эти факторы привели к повышению уровня Каспия и увеличению площади моря более чем вдвое по сравнению с современным. Полученные данные помогут уточнить представления о масштабе колебаний уровня Каспийского моря при изменении климата.

Вчера, 14:56
Илья

Команда ученых, работавшая вместе со съемочной группой National Geographic в отдаленных районах Амазонки, обнаружила ранее не задокументированный вид гигантской анаконды.

Позавчера, 17:08
Ольга Иванова

Канадские исследователи изучили поведение приматов в естественной среде обитания и пришли к выводу, что те из них, кто имеет врожденные аномалии или покалечен в процессе жизни, вполне неплохо адаптируются к своим недостаткам. Они не только выживают, но и размножаются. Более того, им активно помогают сородичи.

20 февраля
Полина

В Российской академии наук завершили первый Большой словарь ударений, его издадут к концу года. Лингвисты собрали наиболее современные нормы произношения привычных слов и зафиксировали ударение для лексики, которая появилась в русском языке недавно.

Вчера, 12:19
РНФ

Ученые показали, что экстремальный подъем уровня Каспийского моря на десятки метров, произошедший 18-13 тысяч лет назад и получивший название «Великая Хвалынская трансгрессия», мог быть вызван, вопреки существующим гипотезам, не таянием ледника, а естественными изменениями палеоклимата. Оказалось, что из-за холодного климата того периода обширные территории, с которых собирали воду впадающие в Каспий реки, были покрыты многолетней мерзлотой. В результате массы дождевых и талых вод почти не впитывались в мерзлые грунты и стекали в море, испарение с поверхности которого было небольшим. Все эти факторы привели к повышению уровня Каспия и увеличению площади моря более чем вдвое по сравнению с современным. Полученные данные помогут уточнить представления о масштабе колебаний уровня Каспийского моря при изменении климата.

19 февраля
Полина

Подростки чаще пробуют писать музыку, если у них есть возможность получать соответствующее дополнительное образование, а также когда они чувствуют поддержку и преемственность. При этом есть пять типовых траекторий, которые приводят к собственному творчеству.

20 февраля
Полина

В Российской академии наук завершили первый Большой словарь ударений, его издадут к концу года. Лингвисты собрали наиболее современные нормы произношения привычных слов и зафиксировали ударение для лексики, которая появилась в русском языке недавно.

1 февраля
Андрей

Канадские исследователи изучили состав пород, вышедших на поверхность при появлении первых континентов. По итогам анализа выяснилось, что новая земная кора возникла не в результате движения тектонических плит, а из-за процессов в океанических плато молодой Земли.

15 февраля
Дарья Губина

Титан — самый органически богатый спутник с глобальным океаном в Солнечной системе. И все же, сопоставив строение его поверхности с интенсивностью падения метеоритов, ученые пришли к выводу, что в океане спутника Сатурна вряд ли хватает элементов для жизни.

[miniorange_social_login]

Комментарии

4 Комментария

ai77 .
14.01.2022
-
0
+
На мой (пока непрофессиональный, к сожалению) взгляд, содержание статьи передано не совсем верно. Дело в том, что _любая_ квантовая нейросеть (QNN) _в принципе_ выходит из "бесплодного плато" и _в принципе_ рано или поздно достигает глобального минимума - за счет туннельного эффекта. Вопрос в том, насколько эффективно (быстро и с минимумом ресурсов) она это делает. Авторы предлагают для сверточных нейросетей (CQNN) новый метод (GRIM), который позволяет, используя рекурсию, построить граф для оптимальной (экономия ресурсов - кубитов, как понимаю) оценки функции ошибок и показывают (оценивая минимальные значения градиентов), что минимума можно достичь за разумное число итераций (т.е. реальное отсутствие "бесплодного плато").
Vladimir Fedosov
01.01.2022
-
0
+
Автор похоже не понял про что пишет. Классические "Сверточные нейронные сети" и квантовые это совсем разные в плане обучения вещи. И классические сверточные сети в той же мере имеют проблемы с упомянутым плато, как и остальные сети - методы обучения одни и те же. А вот квантовые сети не нуждаются в градиенте для обучения и соответственно гораздо более перспективны.
    ai77
    14.01.2022
    -
    0
    +
    По крайней мере в данном случае имхо это не так - в оригинальной статье вводится и анализируется минимум функции потерь градиентным спуском, при определенных предположениях. Вот цитата: "Here we provide a rigorous analysis of the scaling of the QCNN cost function gradient, under the following assumptions: (1) All the two-qubit unitaries in the QCNN form independent (and uncorrelated) 2-designs and (2) the cost function is linear with respect to the input density matrix."
Да да... Материалы со сверхпроводимостью, как же. Знаем мы для чего эти сети будут использоваться. Для слежки и сбора данных.
Подтвердить?
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: