• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
Рубрика выходит при поддержке
31.12.2021
Мария Осетрова
4
13 713

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 / Автор: Pinaria Caprarius

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
Позавчера, 08:19
Дарья Г.

В центре далекой галактики OJ 287 находятся две черные дыры, одна из которых в сотню раз больше другой. В 2021 году астрономы подтвердили существование пары по изменению яркости объекта. Теперь же ученым удалось доказать, что источником той необычной вспышки была именно малая черная дыра.

Позавчера, 11:12
Александр Березин

Нынешняя версия крупнейшего носителя SpaceX вдвое мощнее «Сатурна-5», самой мощной ракеты прошлого. Однако документ Федерального управления гражданской авиации США показал, что Илон Маск планирует серьезно нарастить разрыв. Попутно у его ракеты значительно увеличится количество двигателей в обеих ступенях, в итоге она станет выше высочайшей пирамиды на земле.

Позавчера, 13:24
Полина Меньшова

Ученые из США и Китая назвали самым выгодным формат работы, при котором несколько дней в неделю сотрудники проводят в офисе, а несколько дней выполняют обязанности удаленно. По данным исследователей, это беспроигрышный график как для компаний, так и для коллектива.

10 июня
Александр Березин

Исследователи из США выяснили, что примерно два миллиона лет назад Солнечная система захватила хвост облака холодного межзвездного газа. В результате гелиосфера сильно сжалась, дав галактическим лучам свободно облучать все планеты системы. Это должно было вызвать и серьезные проблемы с климатом.

11 июня
Андрей

Китайские палеонтологи обнаружили образцы самых больших моллюсков, живших после Великого вымирания. Их гигантский размер говорит о том, что брюхоногие интенсивнее и быстрее восстановились в росте после массовой гибели. До этого подобные свидетельства находили в ладинском ярусе, а сейчас в анизийском.

8 июня
Михаил Орлов

Переселение позвоночных из воды в наземно-воздушную среду жизни стало поворотным моментом в истории биосферы. Однако этот эволюционный скачок имел и серьезные побочные эффекты: он привел к потере способности восстанавливать потерянные части тела рептилиями, птицами и млекопитающими. В новой статье биологи рассмотрели генетические и эволюционные аспекты освоения суши и выяснили, что резкое ослабление регенерации стало своеобразной «расплатой» за адаптации животных к другой среде.

15 мая
НИУ ВШЭ

Международный коллектив исследователей при участии ученых из Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ изучил, как выбор иностранного языка влияет на когнитивные способности человека. Оказалось, что языки, непохожие на родной, стимулируют когнитивную функцию на начальном этапе их изучения, а близкие к родному имеют отложенный эффект и помогают мозгу эффективнее работать при более высоком уровне владения иностранным языком.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

27 мая
Андрей

Европейские гляциологи, используя первые снимки Восточной Антарктиды 1937 года, а также фотографии середины XX века и современные спутниковые данные, отследили, как менялись ледники в этом регионе на протяжении 85 лет.

[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?
Причина отклонения
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
Лучшие материалы
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: