В России заработала первая квантовая нейросеть

Молодые ученые МФТИ первыми в России экспериментально реализовали работающий алгоритм квантового обучения в цепочке сверхпроводящих кубитов.

Квантовая нейросеть представляет собой своего рода сеть из нейронов в головном мозге, только роль нейронов в ней выполняют кубиты (квантовые биты). Квантовая нейросеть уже выполнила определённые задачи: распознала рукописные изображения с точностью более 90% и решила задачи многоклассовой классификации.

Результаты представлены в рамках VI Международной школы по квантовым технологиям, состоявшейся в начале марта 2023 года в Миассе.

Квантовое машинное обучение — это новая дисциплина, объединяющая нелинейные квантовые системы и классическое машинное обучение.

Алгоритмы машинного обучения обладают высокой вычислительной сложностью. Сейчас, когда мощность классических компьютеров перестает расти, ученые создают принципиально новый подход к вычислениям, что влечет за собой фундаментально другую реализацию нейросети.

Для ее создания на первый план выходят квантовые устройства, способные превзойти классические компьютеры в определенных задачах.


«Мы нашли удачную структуру квантовой цепочки и алгоритм обучения, который позволяет нам достичь точности 94% для стандартных задач классификации с несколькими метками и точности 90% при распознавании рукописных десятичных цифр. Точность и стабильность алгоритма подтверждаются методом перекрестной проверки. Квантовая модель достаточно быстро обучается благодаря возможности эффективного вычисления градиента с использованием необычных свойств квантовых операций», — рассказал Алексей Толстобров, соавтор исследования, сотрудник лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ.

В ходе экспериментов на цепочке кубитов, которая была собрана в Центре коллективного пользования МФТИ, учёные скормили нейросети три типа задач: задачу четности, обнаружения признаков рака молочной железы (есть или нет) и типологии различных вин (эти напитки можно сортировать по десятку разных параметров).


Для справки:

Компьютеры, которыми мы сейчас пользуемся, используют в качестве единицы информации бит, который может принимать два значения: включено или выключено — 0 или 1. Кубит — как единица информации квантового компьютера, также может быть в позиции 0 или 1, но при этом способен находиться и в их суперпозиции, то есть быть и 0, и 1 одновременно.

Такая суперпозиция позволяет процессору, состоящему из многих кубитов, делать вычисления за максимально короткое время, на несколько порядков превышающее возможности современных компьютеров.