Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Log inSign up
Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Blog
Job Board
Q3AS

© 2026 Aqora Quantum S.A.S.

TermsPrivacyLegal Notice

ZhETF Pisma Redaktsiiu

Обучение квантовых рекуррентных нейронных сетей на джозефсоновской интегральной схеме

S. S. Samarin, Aleksei Tolstobrov, S.V. Sandulanu, G. P. Fedorov, A.A. Rabov, V.V. Vanovskij, Daria A. Kalacheva, Aleksey N. Bolgar, Viktor B. Lubsanov, Shamil Kadyrmetov, A.M. Murav'ev, E. S. Alekseeva, P.U. Slykov, A.M. Eremeev, Andrei Vladimirovich Vasenin, A.U. Dmitriev, O.V. Astaf'ev

Published Jan 1, 2025• 0 citations
Publisher

Abstract

Данная работа посвящена решению задачи обработки числовых последовательностей при помощи вариационных квантовых алгоритмов, реализуемых на шумном квантовом компьютере среднего масштаба. Платформой для квантовых вычислений является интегральная схема на основе сверхпроводящих искусственных атомов. Архитектура квантовой рекуррентной нейронной сети сконструирована с использованием одно- и двухкубитных операций. На этапе эмулирования была изучена обучаемость модели в зависимости от числа кубитов, а также объема и метода кодирования данных в состояние кубитов. Сравнение с классическими архитектурами показало, что на современных квантовых процессорах возможно достичь качества предсказаний в выбранной задаче машинного обучения, сравнимого с качеством реализуемых на классических процессорах моделей.

DOI
10.7868/s3034576625120114

Related papers

Разработка и исследование алгоритма обратного распространения ошибки для квантовой сети

С.М. Гушанский, В.С. Потапов

В работе рассматривается алгоритм обратного распространения ошибки, адаптированного для квантовых нейронных сетей. Основное внимание уделено разработке и модификации традиционного метода обратного распространения ошибки для его применения в условиях квантовой природы данных. Анализируются теоретические аспекты, связанные с квантовыми состояниями,суперпозицией и запутанностью, а также их влияние на эффективность и корректность обучения квантовых сетей. Обоснована актуальность математического алгоритма, включая использование матриц плотности и квантовых операторов для описания и оптимизации параметров сети. Проведено экспериментальное моделирование предложенного подхода на наборах квантовых данных, которое показало высокую точность и стабильность предложенного метода. Обсуждаются ограничения алгоритма, связанные с шумами в квантовых системах и вычислительными затратами при увеличении числа кубитов. Полученные результаты демонстрируют потенциал применения разработанного алгоритма для задач оптимизации и обучения квантовых моделей, что открывает новые перспективы для дальнейшего развития квантового машинного обучения и создания гибридных классико-квантовых алгоритмов. The paper considers the algorithm of error back propagation adapted for quantum neural networks. The main attention is paid to the development and modification of the traditional method of error back propagation for its application in conditions of quantum nature of data. Theoretical aspects related to quantum states, superposition and entanglement, as well as their influence on the efficiency and correctness of training of quantum networks are analyzed. The relevance of the mathematical algorithm,including the use of density matrices and quantum operators to describe and optimize the network parameters, is substantiated. Experimental modeling of the proposed approach on quantum data sets is carried out, which showed high accuracy and stability of the proposed method. The limitations of the algorithm related to noise in quantum systems and computational costs with increasing number of qubits are discussed. The results demonstrate the potential of the developed algorithm for optimization and training of quantum models, which opens new perspectives for further development of quantum machine learning and creation of hybrid classical-quantum algorithms.

Вестник Адыгейского государственного университета серия «Естественно-математические и технические науки»•Feb 24, 2025•0 citations

Метод стохастического предела и интерференция в квантовых многочастичных системах

I. Ya. Aref’eva, Igor Vasil'evich Volovich, Sergei Vladimirovich Kozyrev

Для многочастичных квантовых систем с дипольным взаимодействием с квантовым полем рассмотрена проблема транспорта энергии электронного возбуждения при помощи механизма экситонного переноса, основанного на квантовой интерференции. Показано, что при специальном выборе параметров взаимодействия в модели квантового графа можно достичь усиления переноса экситона на сток, пропорционального числу частиц в системе, а также подавить перенос на альтернативные стоки. Для описания динамики используется метод квантового стохастического предела. Отмечены возможные применения указанного механизма в процессах квантового фотосинтеза.

Теоретическая и математическая физика•Jun 1, 2015•10 citations

КВАНТОВЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МНОГОУРОВНЕВЫХ КВАНТОВЫХ СИСТЕМ

Evgeniy O. Kiktenko, А.С. Николаева, Aleksey K. Fedorov

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.

Nanoindustry Russia•Sep 11, 2020•0 citations

Двоичное представление координаты и импульса в квантовой механике

Михаил Геннадьевич Иванов, Mikhail Gennadievich Ivanov

ДВОИЧНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ КООРДИНАТЫ И ИМПУЛЬСА В КВАНТОВОЙ МЕХАНИКЕ Для моделирования квантовой системы с непрерывными степенями свободы на квантовом компьютере, основанном на кубитах, необходимо свести непрерывные наблюдаемые (в первую очередь координаты и импульсы) к двоичным наблюдаемым.Данная задача рассматривается на основе разложения квантовых наблюдаемых в ряд по степеням двойки, аналогичный двоичному представлению вещественных чисел.Коэффициенты ряда ("цифры") при этом являются ортогональными проекторами.Исследуются соответствующие квантовомеханические операторы и соотношения между ними.Показано, что двоичное разложение квантовых наблюдаемых автоматически приводит к перенормировке некоторых расходящихся интегралов и рядов (приписыванию им конечных значений).

Теоретическая и математическая физика•Jan 1, 2018•1 citation

Пространственная селективность квазивырожденного четырёхволнового преобразователя излучения на тепловой нелинейности в схеме с обратной связью при больших коэффициентах отражения

Манаков Д. С., Манаков Д. С., Акимов А. А

Работа посвящена исследованию амплитудных и пространственных ха- рактеристик квазивырожденного четырёхволнового преобразователя излуче- ния на тепловой нелинейности в схеме с обратной связью по сигнальной и объектной волнам. Для случая малого коэффициента отражения квазивырожденного четы- рёхволнового преобразователя найдено аналитическое выражение для про- странственного спектра объектной волны. Построены зависимости ампли- тудного коэффициента отражения, полуширины пространственного спектра объектной волны от нормированной интенсивности волн накачки и от отно- шения их частот при сопряжении кольцевым резонатором граней нелинейно- го слоя и при компенсации фазового набега, обусловленного самовоздейст- вием волн накачки. Работа изложена на 42 страницах, содержит 9 рисунков и одно прило- жение. Использовано 14 источников.

•Jan 1, 2021•0 citations

Вычислительные кластеры на основе кремния для квантовых каналов связи

А. В. Королев, Anna V. Krivosheeva, А. Л. Данилюк

Необходимость обработки информации на квантовом уровне диктуется перспективностью применения квантовых каналов связи, обладающих существенно более высокой пропускной способностью и защищенностью, которые основаны на принципиально иных свойствах квантовых систем. Принципиальное преимущество квантовых каналов связи по сравнению с классическими заключается в их качественно более высоком уровне защиты: совершенный квантовый канал имеет, в принципе, абсолютную защиту, поскольку любая попытка вмешательства в систему сразу же обнаруживается (квантовый канал связи можно разрушить, но невозможно вскрыть). В то же время на пути создания эффективных систем обработки квантовой информации стоит ряд трудных проблем, связанных с декогеренцией квантовых состояний и синхронизацией квантовых операций. Основным элементом квантового канала связи является квантовый вычислительный кластер.

•Jan 1, 2005•0 citations
Данная работа посвящена решению задачи обработки числовых последовательностей при помощи вариационных квантовых алгоритмов, реализуемых на шумном квантовом компьютере среднего масштаба. Платформой для квантовых вычислений является интегральная схема на основе сверхпроводящих искусственных атомов. Архитектура квантовой рекуррентной нейронной сети сконструирована с использованием одно- и двухкубитных операций. На этапе эмулирования была изучена обучаемость модели в зависимости от числа кубитов, а также объема и метода кодирования данных в состояние кубитов. Сравнение с классическими архитектурами показало, что на современных квантовых процессорах возможно достичь качества предсказаний в выбранной задаче машинного обучения, сравнимого с качеством реализуемых на классических процессорах моделей.
В работе рассматривается алгоритм обратного распространения ошибки, адаптированного для квантовых нейронных сетей. Основное внимание уделено разработке и модификации традиционного метода обратного распространения ошибки для его применения в условиях квантовой природы данных. Анализируются теоретические аспекты, связанные с квантовыми состояниями,суперпозицией и запутанностью, а также их влияние на эффективность и корректность обучения квантовых сетей. Обоснована актуальность математического алгоритма, включая использование матриц плотности и квантовых операторов для описания и оптимизации параметров сети. Проведено экспериментальное моделирование предложенного подхода на наборах квантовых данных, которое показало высокую точность и стабильность предложенного метода. Обсуждаются ограничения алгоритма, связанные с шумами в квантовых системах и вычислительными затратами при увеличении числа кубитов. Полученные результаты демонстрируют потенциал применения разработанного алгоритма для задач оптимизации и обучения квантовых моделей, что открывает новые перспективы для дальнейшего развития квантового машинного обучения и создания гибридных классико-квантовых алгоритмов. The paper considers the algorithm of error back propagation adapted for quantum neural networks. The main attention is paid to the development and modification of the traditional method of error back propagation for its application in conditions of quantum nature of data. Theoretical aspects related to quantum states, superposition and entanglement, as well as their influence on the efficiency and correctness of training of quantum networks are analyzed. The relevance of the mathematical algorithm,including the use of density matrices and quantum operators to describe and optimize the network parameters, is substantiated. Experimental modeling of the proposed approach on quantum data sets is carried out, which showed high accuracy and stability of the proposed method. The limitations of the algorithm related to noise in quantum systems and computational costs with increasing number of qubits are discussed. The results demonstrate the potential of the developed algorithm for optimization and training of quantum models, which opens new perspectives for further development of quantum machine learning and creation of hybrid classical-quantum algorithms.
Для многочастичных квантовых систем с дипольным взаимодействием с квантовым полем рассмотрена проблема транспорта энергии электронного возбуждения при помощи механизма экситонного переноса, основанного на квантовой интерференции. Показано, что при специальном выборе параметров взаимодействия в модели квантового графа можно достичь усиления переноса экситона на сток, пропорционального числу частиц в системе, а также подавить перенос на альтернативные стоки. Для описания динамики используется метод квантового стохастического предела. Отмечены возможные применения указанного механизма в процессах квантового фотосинтеза.
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.
ДВОИЧНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ КООРДИНАТЫ И ИМПУЛЬСА В КВАНТОВОЙ МЕХАНИКЕ Для моделирования квантовой системы с непрерывными степенями свободы на квантовом компьютере, основанном на кубитах, необходимо свести непрерывные наблюдаемые (в первую очередь координаты и импульсы) к двоичным наблюдаемым.Данная задача рассматривается на основе разложения квантовых наблюдаемых в ряд по степеням двойки, аналогичный двоичному представлению вещественных чисел.Коэффициенты ряда ("цифры") при этом являются ортогональными проекторами.Исследуются соответствующие квантовомеханические операторы и соотношения между ними.Показано, что двоичное разложение квантовых наблюдаемых автоматически приводит к перенормировке некоторых расходящихся интегралов и рядов (приписыванию им конечных значений).
Работа посвящена исследованию амплитудных и пространственных ха- рактеристик квазивырожденного четырёхволнового преобразователя излуче- ния на тепловой нелинейности в схеме с обратной связью по сигнальной и объектной волнам. Для случая малого коэффициента отражения квазивырожденного четы- рёхволнового преобразователя найдено аналитическое выражение для про- странственного спектра объектной волны. Построены зависимости ампли- тудного коэффициента отражения, полуширины пространственного спектра объектной волны от нормированной интенсивности волн накачки и от отно- шения их частот при сопряжении кольцевым резонатором граней нелинейно- го слоя и при компенсации фазового набега, обусловленного самовоздейст- вием волн накачки. Работа изложена на 42 страницах, содержит 9 рисунков и одно прило- жение. Использовано 14 источников.
Необходимость обработки информации на квантовом уровне диктуется перспективностью применения квантовых каналов связи, обладающих существенно более высокой пропускной способностью и защищенностью, которые основаны на принципиально иных свойствах квантовых систем. Принципиальное преимущество квантовых каналов связи по сравнению с классическими заключается в их качественно более высоком уровне защиты: совершенный квантовый канал имеет, в принципе, абсолютную защиту, поскольку любая попытка вмешательства в систему сразу же обнаруживается (квантовый канал связи можно разрушить, но невозможно вскрыть). В то же время на пути создания эффективных систем обработки квантовой информации стоит ряд трудных проблем, связанных с декогеренцией квантовых состояний и синхронизацией квантовых операций. Основным элементом квантового канала связи является квантовый вычислительный кластер.