Машинное обучение в сочетании с квантовыми технологиями породило новое научное направление, получившее название «квантовое машинное обучение» (QML). В QML реализуется квантовое превосходство за счет большей емкости представления данных квантовыми состояниями, по сравнению с классическим двоичным кодированием, и использования квантового параллелизма. Важным стимулом к развитию QML является прогресс в квантовых вычислениях и создание нанопроцессоров, в которых квантовые эффекты становятся неотъемлемой частью их функционирования. QML позволяет непосредственно оперировать с квантовыми данными при их измерении и в процессах управления квантовыми системами. В обзоре рассматривается общий статистический метод, на котором базируется традиционное машинное обучение. Для него характерно использование принципа максимального правдоподобия и байесовского подхода к оценке больших данных. Требование увеличения быстродействия и снижения потребления энергии приводит к квантовой постановке задачи машинного обучения на основе статистической теории квантовых измерений, которая является обобщением классического статистического подхода. Особенностью квантовых систем является их описание на основе амплитуд вероятностей, что приводит к явлениям интерференции, отсутствующим в классических вероятностных моделях. Наиболее общий способ представления квантовых состояний дает метод матрицы плотности. Процесс измерения квантового состояния является статистическим, т.е. требует проведения измерения над квантовым ансамблем. В результате отдельного измерения квантовая система случайным образом скачком переходит в новое состояние. Для построения систем машинного обучения вводится понятие расстояния между квантовыми данными для чистых и смешанных состояний и определяется вероятность их различения. Обсуждаются принципы построения линейных и нелинейных моделей QML и их основные разновидности. Показана перспективность резервуарного и экстремального квантового машинного обучения, в котором смешение амплитуд, вводимых в систему, производится за счет использования случайных гамильтонианов. Обсуждаются возможности физической реализации QML. Предложен подход к построению квантовой машины экстремального обучения путем формирования спектрального отклика ансамбля квантовых точек на модулированный по времени входной внешний сигнал. Сформулированные базовые представления и принципы QML, а также способ реализации квантового резервуара с временным кодированием сигнала на основе оптического отклика создают базу для развития новых квантовых моделей и устройств, основанных на современных достижениях квантовых технологий и нанооптики.
Машинное обучение в сочетании с квантовыми технологиями породило новое научное направление, получившее название «квантовое машинное обучение» (QML). В QML реализуется квантовое превосходство за счет большей емкости представления данных квантовыми состояниями, по сравнению с классическим двоичным кодированием, и использования квантового параллелизма. Важным стимулом к развитию QML является прогресс в квантовых вычислениях и создание нанопроцессоров, в которых квантовые эффекты становятся неотъемлемой частью их функционирования. QML позволяет непосредственно оперировать с квантовыми данными при их измерении и в процессах управления квантовыми системами. В обзоре рассматривается общий статистический метод, на котором базируется традиционное машинное обучение. Для него характерно использование принципа максимального правдоподобия и байесовского подхода к оценке больших данных. Требование увеличения быстродействия и снижения потребления энергии приводит к квантовой постановке задачи машинного обучения на основе статистической теории квантовых измерений, которая является обобщением классического статистического подхода. Особенностью квантовых систем является их описание на основе амплитуд вероятностей, что приводит к явлениям интерференции, отсутствующим в классических вероятностных моделях. Наиболее общий способ представления квантовых состояний дает метод матрицы плотности. Процесс измерения квантового состояния является статистическим, т.е. требует проведения измерения над квантовым ансамблем. В результате отдельного измерения квантовая система случайным образом скачком переходит в новое состояние. Для построения систем машинного обучения вводится понятие расстояния между квантовыми данными для чистых и смешанных состояний и определяется вероятность их различения. Обсуждаются принципы построения линейных и нелинейных моделей QML и их основные разновидности. Показана перспективность резервуарного и экстремального квантового машинного обучения, в котором смешение амплитуд, вводимых в систему, производится за счет использования случайных гамильтонианов. Обсуждаются возможности физической реализации QML. Предложен подход к построению квантовой машины экстремального обучения путем формирования спектрального отклика ансамбля квантовых точек на модулированный по времени входной внешний сигнал. Сформулированные базовые представления и принципы QML, а также способ реализации квантового резервуара с временным кодированием сигнала на основе оптического отклика создают базу для развития новых квантовых моделей и устройств, основанных на современных достижениях квантовых технологий и нанооптики.
Архитектуры систем HQML основываются на интеграции квантового кодирования признаков с классическими методами оптимизации, что позволяет использовать их в рамках ограничений устройств NISQ. В данной ста-тье мы представляем систематический обзор литературы по HQML за период с 2018 по 2026 год, включая знаковые работы, опубликованные с 2014 года. В со-ответствии с подходом, основанным на рекомендациях PRISMA, было проанали-зировано 1 247 статей, в результате чего для всесторонней оценки было отобрано 40 ключевых работ. Мы сосредоточиваемся на VQA, QNN и PQC, используе-мых для задач классификации и оптимизации в сфере здравоохранения и финан-сов. Рассматриваются несколько нерешенных технических проблем, таких как проблема «бесплодного плато» и нагрузка, связанная с кодированием данных. Результаты показывают, что гибридные подходы демонстрируют стабильные преимущества в условиях недостатка данных и дисбаланса классов: повыше-ние точности на 0,3–2,5 % на небольших медицинских наборах данных и столь же эффективную, но экономную с точки зрения данных производительность по сравнению с XGBoost при обнаружении финансового мошенничества. В нашем исследовании выделено пять ключевых областей, требующих дальнейших ис-следований, причем наиболее значимыми из них являются отсутствие стандарт-ных тестов и анализ кривой обучения
Изучается сокращение числа операций и улучшение глубины квантовых цепей при реализации квантовых операций с использованием многоуровневых квантовых систем (кудитов). Предлагаемый подход базируется на комбинации нескольких подходов. Первый подход, в котором дополнительные уровни кубитов используются в качестве вспомогательных объектов (анцилл), базируется на общем соотношении между размерностью кудитов и топологией их связей. Второй метод использует декомпозицию многоуровневых систем на набор двухуровневых систем. Обсуждаются применения данного подхода в рамках текущих экспериментов по обработке квантовой информации.
Основная идея: Статья предлагает новую теоретическую парадигму для обработки семантической информации — Квантовые Нейровесовые Поля (Q-NWF). Эта модель объединяет принципы квантовой механики, байесовской статистики и теории поля для представления данных не как статических векторов, а как квантовых состояний, эволюционирующих в гильбертовом пространстве. Ключевые элементы теории: Аксиоматика: Данные представляются в виде операторов плотности (чистых или смешанных состояний). Семантическое пространство моделируется как непрерывное поле, а его эволюция описывается модифицированным уравнением Линдблада, которое учитывает как внутреннюю динамику ("гамильтониан"), так и воздействие внешних данных ("операторы Линдблада"). Преимущества подхода: Модель естественным образом поддерживает квантовую суперпозицию (для представления многозначности) и запутанность (для моделирования нелокальных семантических связей). Практические методы и результаты: Алгоритм кластеризации: Итеративно обновляет положения кластерных центров, минимизируя семантическую неопределенность через градиентный спуск в пространстве параметров поля. Метод семантической интерполяции: Осуществляет когерентные переходы между смысловыми состояниями вдоль геодезической в гильбертовом пространстве. Экспериментальные результаты: Тестирование на датасетах AG News и 20 Newsgroups показало статистически значимое улучшение качества кластеризации по сравнению с классическими и современными методами (K-means, DBSCAN, GMM, Spectral Clustering, VaDE). Прирост F1-меры составил 15-18% относительно базовых методов. Метод интерполяции продемонстрировал превосходную семантическую связность по сравнению с простой линейной интерполяцией в пространстве эмбеддингов. Ограничения и перспективы: Ограничения: Высокая вычислительная сложность операций с матрицами плотности, упрощенная параметризация гамильтониана, сложность интерпретации его компонент. Перспективы: Интеграция с квантовыми компьютерами для ресурсоемких вычислений, создание "глубоких" Q-NWF с параметризацией нейросетями, применение в квантовом NLP, семантическом поиске и генерации контента. Заключение: Работа представляет собой целостный теоретический и практический вклад в область семантической обработки данных, открывая новые направления для исследований на стыке квантовой информации и машинного обучения.
Предлагается схема многокубитового квантового компьютера на атомных ансамблях с использованием квантового транзистора для реализации двухкубитных вентилей. Показано, как многоатомные ансамбли позволяют работать с большим числом кубитов, которые представляются в логической кодировке, когда каждый из кубитов записывается на суперпозиции одночастичных состояний двух атомных ансамблей. Доступ к кубитам реализуется путем соответствующей фазировки квантовых состояний каждого из атомных ансамблей. Для выполнения двухкубитных операций предлагается использовать атомный квантовый транзистор. Эффект квантового транзистора возникает при обмене квантом возбуждения между двумя многоатомными ансамблями, находящимися в двух близкорасположенных КЭД-резонаторах, связанных друг с другом через вентильный атом. В зависимости от того, в каком из двух квантовых состояний находится вентильный атом, между атомными ансамблями может происходить та или иная динамика переноса кванта. Используя возможности управления состоянием вентильного атома, показана возможность квантового контроля состоянием атомных ансамблей и реализации на этой основе базовых однокубитовых и двухкубитовых вентилей. Обсуждены возможные схемы реализации квантового компьютера на атомном квантовом транзисторе и их преимущества в практической реализации.
Дается вывод квантового линейного кинетического уравнения Редфилда, широко используемого в теории открытых квантовых систем, с помощью идей, использованных Н.Н. Боголюбовым при выводе классических и квантовых нелинейных кинетических уравнений. Данный метод позволяет вычислять совместное состояние системы и резервуара в каждый момент времени, а также получать квантовые кинетические уравнения как автономные дифференциальные уравнения в произвольном порядке теории возмущений. Доказывается, что при определенных условиях выражения для поправок всех порядков корректно определены. Обсуждается вопрос марковости квантовой динамики, описываемой выведенными квантовыми кинетическими уравнениями.
В данной статье представлен комплексный анализ квантовой криптографии как перспективного направления защиты телекоммуникационных систем в условиях нарастающих угроз со стороны квантовых вычислений. Авторами рассматривается эволюция методов криптографической защиты от классических алгоритмов с открытым ключом до квантового распределения ключей (QKD), основанного на фундаментальных законах квантовой механики. В работе детально систематизированы физические принципы квантовой криптографии: принцип суперпозиции, квантовая запутанность и теорема о запрете клонирования. Особое внимание уделено протоколам QKD (BB84, E91, B92) и их практическому применению в реальных телекоммуникационных инфраструктурах. На основе анализа действующих проектов в Китае, Европе и США систематизированы текущие технологические ограничения: дальность передачи квантовых состояний, зависимость от качества оптоволоконных линий и высокая стоимость оборудования. Проведено сравнение квантовой и пост квантовой криптографии с точки зрения практической применимости для операторов связи. Результаты исследования могут быть использованы для формирования стратегии перехода телекоммуникационных инфраструктур на квантово-защищённые протоколы в горизонте 2030-2040 годов.