[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于量子線(xiàn)路的人工神經(jīng)元構(gòu)造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110231652.6
• 申請(qǐng)日: 2021-03-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113159303B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李校林;溫力航;董昊;翁小莉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué);重慶信科設(shè)計(jì)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06F17/15
• 分類(lèi)號(hào): G06F17/15
• 代理公司: 重慶市恒信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50102
• 代理人: 陳棟梁

1.一種基于量子線(xiàn)路的人工神經(jīng)元構(gòu)造方法，其特征在于，包括以下步驟：

將量子神經(jīng)元模型的經(jīng)典輸入與權(quán)重信息分別編碼至量子計(jì)算基態(tài)上，量子神經(jīng)元模型處理量子信息，而將經(jīng)典信息編碼至量子計(jì)算基態(tài)上便可作為量子信息進(jìn)行處理；

將包含神經(jīng)元權(quán)重值的受控酉門(mén)作用在已編碼至量子計(jì)算基態(tài)的經(jīng)典輸入信息上；

通過(guò)量子相位估計(jì)得到神經(jīng)元輸出，量子神經(jīng)元構(gòu)造出來(lái)用于組建量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；

所述量子神經(jīng)元模型由三部分量子線(xiàn)路組成，具體包括：

1)輸入與權(quán)重相互作用量子線(xiàn)路：該部分量子線(xiàn)路實(shí)現(xiàn)量子神經(jīng)元計(jì)算的第一階段過(guò)程，主要為經(jīng)元輸入量子態(tài)與受控權(quán)重酉門(mén)的相互作用，該階段用于實(shí)現(xiàn)神經(jīng)元接收到來(lái)自不同連接強(qiáng)度輸入值，并將結(jié)果寫(xiě)入由輸入與權(quán)重量子態(tài)及輔助量子比特所組成的系統(tǒng)狀態(tài)的本征值的相位上；

2)輸出估計(jì)量子線(xiàn)路：該部分量子線(xiàn)路實(shí)現(xiàn)量子神經(jīng)元計(jì)算的第二階段過(guò)程，應(yīng)用量子逆傅里葉變換到計(jì)數(shù)量子比特寄存器，這里量子逆傅里葉變換實(shí)現(xiàn)了經(jīng)典神經(jīng)元激活函數(shù)的功能，然后通過(guò)在計(jì)算基態(tài)中的測(cè)量讀出計(jì)數(shù)量子比特寄存器狀態(tài)，從而得到量子神經(jīng)元相應(yīng)的輸出；

3)權(quán)重更新量子線(xiàn)路：該部分量子線(xiàn)路實(shí)現(xiàn)對(duì)權(quán)重的更新，用于根據(jù)實(shí)際輸出值與期望輸出值比較后對(duì)權(quán)重進(jìn)行調(diào)整，將權(quán)重值的更新轉(zhuǎn)換為對(duì)表示權(quán)重量子態(tài)的每一個(gè)量子比特狀態(tài)的更新；

所述1)輸入與權(quán)重相互作用量子線(xiàn)路中，若已經(jīng)引入神經(jīng)元閾值θ后的神經(jīng)元輸入向量為X′＝(x₁；x₂；...；x_n；-1)，x_i∈{-1,1}，而相應(yīng)的權(quán)重向量為W′＝(w₁；w₂；...；w_n；θ)，w_i,θ∈(-1,1)，其中i＝1,...,n，n為未引入神經(jīng)元閾值的輸入向量中元素個(gè)數(shù)，將輸入向量X′與權(quán)重向量W′分別編碼至量子計(jì)算基態(tài)上有：

然后權(quán)重向量的值將會(huì)作為參數(shù)寫(xiě)入受控酉門(mén)中，有k表示計(jì)數(shù)量子比特寄存器的狀態(tài)值，在計(jì)數(shù)量子比特寄存器通過(guò)Hadamard門(mén)后，將受控于計(jì)數(shù)量子比特寄存器與權(quán)重量子態(tài)的酉門(mén)U^k(W′)作用于輸入量子態(tài)|X′上，則在進(jìn)行逆量子傅里葉變換前，整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)為：

H表示的是量子計(jì)算中的單量子比特門(mén)Hadamard門(mén)，而表示分別作用于計(jì)數(shù)量子比特寄存器t個(gè)量子比特的Hadamard門(mén)，該階段主要實(shí)現(xiàn)神經(jīng)元接收到來(lái)自不同連接強(qiáng)度輸入值的功能，并將結(jié)果寫(xiě)入由輸入與權(quán)重量子態(tài)及輔助量子比特所組成的系統(tǒng)狀態(tài)的本征值的相位上；

受控酉門(mén)指數(shù)中的k-w_i表示計(jì)數(shù)量子比特寄存器狀態(tài)值為k及權(quán)重量子態(tài)值為w_i時(shí)，則算子U^k(w_i)應(yīng)用到輸入量子比特|x_i上，將作用在輸入量子比特|x_i上的酉門(mén)U(w_i)定義為：

其中則作用于整個(gè)輸入量子態(tài)|X′的受控酉門(mén)U(W′)寫(xiě)做

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于量子線(xiàn)路的人工神經(jīng)元構(gòu)造方法，其特征在于，所述2)輸出估計(jì)量子線(xiàn)路中，應(yīng)用逆傅里葉變換到計(jì)數(shù)量子比特寄存器，令為假設(shè)的一個(gè)變量，用于表示的值；有得到如下結(jié)果：

這里逆量子傅里葉變換以實(shí)現(xiàn)激活函數(shù)的作用，測(cè)量后的量子寄存器狀態(tài)為|l＝|l₁l₂…l_t，l_t表示計(jì)數(shù)量子比特寄存器中第t個(gè)量子比特的狀態(tài)值，則可得估計(jì)值所以神經(jīng)元輸出為y∈[0,1)，而在感知機(jī)模型的輸出為y∈{-1,1}，此時(shí)只需關(guān)注估計(jì)值是否大于也就是計(jì)數(shù)量子比特寄存器的第一個(gè)量子比特是否為|1，則令當(dāng)|l₁＝|0時(shí)y＝-1，而當(dāng)|l₁＝|1時(shí)y＝1。