Learning temporal data with a variational quantum recurrent neural network

计算机科学 人工神经网络 量子 量子位元 算法 人工智能 理论计算机科学 量子力学 物理
作者
Yuto Takaki,Kosuke Mitarai,Makoto Negoro,Keisuke Fujii,Masahiro Kitagawa
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:103 (5) 被引量:32
标识
DOI:10.1103/physreva.103.052414
摘要

We propose a method for learning temporal data using a parametrized quantum circuit. We use the circuit that has a similar structure as the recurrent neural network, which is one of the standard approaches employed for this type of machine learning task. Some of the qubits in the circuit are utilized for memorizing past data, while others are measured and initialized at each time step for obtaining predictions and encoding a new input datum. The proposed approach utilizes the tensor product structure to get nonlinearity with respect to the inputs. Fully controllable, ensemble quantum systems such as an NMR quantum computer are a suitable choice of an experimental platform for this proposal. We demonstrate its capability with simple numerical simulations, in which we test the proposed method for the task of predicting cosine and triangular waves and quantum spin dynamics. Finally, we analyze the dependency of its performance on the interaction strength among the qubits in numerical simulation and find that there is an appropriate range of the strength. This work provides a way to exploit complex quantum dynamics for learning temporal data.
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