Quantum field-theoretic machine learning

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作者
Dimitrios Bachtis,Gert Aarts,Biagio Lucini
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:103 (7) 被引量:30
标识
DOI:10.1103/physrevd.103.074510
摘要

We derive machine learning algorithms from discretized Euclidean field theories, making inference and learning possible within dynamics described by quantum field theory. Specifically, we demonstrate that the ${\ensuremath{\phi}}^{4}$ scalar field theory satisfies the Hammersley-Clifford theorem, therefore recasting it as a machine learning algorithm within the mathematically rigorous framework of Markov random fields. We illustrate the concepts by minimizing an asymmetric distance between the probability distribution of the ${\ensuremath{\phi}}^{4}$ theory and that of target distributions, by quantifying the overlap of statistical ensembles between probability distributions and through reweighting to complex-valued actions with longer-range interactions. Neural network architectures are additionally derived from the ${\ensuremath{\phi}}^{4}$ theory which can be viewed as generalizations of conventional neural networks and applications are presented. We conclude by discussing how the proposal opens up a new research avenue, that of developing a mathematical and computational framework of machine learning within quantum field theory.
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