Classical Artificial Neural Network Training Using Quantum Walks as a Search Procedure

人工神经网络 计算机科学 反向传播 图形 量子 先验与后验 顶点(图论) 算法 人工智能 集合(抽象数据类型) 理论计算机科学 哲学 物理 认识论 量子力学 程序设计语言
作者
Luciano S. de Souza,Jonathan H. A. de Carvalho,Tiago A. E. Ferreira
出处
期刊:IEEE Transactions on Computers [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:71 (2): 378-389 被引量:7
标识
DOI:10.1109/tc.2021.3051559
摘要

This paper proposes a computational procedure that applies a quantum algorithm to train classical artificial neural networks. The goal of the procedure is to apply quantum walk as a search algorithm in a complete graph to find all synaptic weights of a classical artificial neural network. Each vertex of this complete graph represents a possible synaptic weight set in the $w$-dimensional search space, where $w$ is the number of weights of the neural network. To know the number of iterations required \textit{a priori} to obtain the solutions is one of the main advantages of the procedure. Another advantage is that the proposed method does not stagnate in local minimums. Thus, it is possible to use the quantum walk search procedure as an alternative to the backpropagation algorithm. The proposed method was employed for a $XOR$ problem to prove the proposed concept. To solve this problem, the proposed method trained a classical artificial neural network with nine weights. However, the procedure can find solutions for any number of dimensions. The results achieved demonstrate the viability of the proposal, contributing to machine learning and quantum computing researches.
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