在量子计算技术飞速发展的今天,量子神经网络(Quantum Neural Networks, QNN)逐渐成为人工智能领域的研究热点。传统的神经网络依赖经典计算机执行大规模矩阵运算和复杂的优化过程,受限于计算能力和能耗的提升瓶颈。与此同时,量子计算作为一种新型计算范式,利用量子叠加和量子纠缠等特性,可以在某些任务中实现指数级的加速。然而,目前大部分量子计算研究聚焦于离散变量架构(Discrete Variable, DV),而连续变量架构(Continuous Variable, CV)以其更接近经典计算的方式(例如利用电磁场的振幅)处理量子信息,为量子计算机的设计和实现提供了更加实际的途径。


在此背景下,微云全息(NASDAQ: HOLO)提出了CV-QNN(Continuous Variable Quantum Neural Networks, CV-QNN)技术,旨在构建内置于CV架构中的变分量子电路(Variational Quantum Circuit)。通过这种方式,不仅能够实现经典神经网络的量子化,还能够设计出多种专业量子模型,例如卷积量子网络、递归量子网络和残差量子网络,为量子人工智能技术提供全新的工具。


微云全息CV-QNN的核心在于通过分层的连续参数化量子门和非线性激活函数,实现神经网络中的仿射变换与非线性映射。CV架构是量子计算的一种形式,其中信息通过连续自由度(如电磁场的振幅和相位)进行编码。这与DV架构中使用离散的量子比特不同,CV架构更加贴近经典信息处理的方式,因而在实现神经网络时具有天然的优势。CV架构的基本操作单元是量子态的高斯变换和非高斯变换。


仿射变换是神经网络的基础操作,通常由线性变换(矩阵乘法)和偏置项(向量加法)组成。在CV-QNN中,仿射变换通过高斯门实现。高斯门是一类能保持量子态高斯分布的操作,压缩门、位移门和旋转门。这些门可以精确控制量子态的振幅和相位,从而模拟经典神经网络中的线性操作。


非线性激活函数是神经网络得以表达复杂特征的关键。在经典神经网络中,常见的激活函数包括ReLU、Sigmoid和Tanh等。在CV架构中,非线性通过非高斯门实现,例如,偏振光学非线性操作或非高斯光学晶体。这些非高斯门引入的非线性特性,使CV-QNN能够表示更复杂的函数,提升了模型的表达能力。


微云全息(NASDAQ: HOLO)CV-QNN采用分层结构,每一层由若干连续参数化量子门组成。这种分层设计类似于经典神经网络中的多层感知机结构,使得CV-QNN在保持量子单一性的同时,能够实现复杂的非线性变换。此外,这种分层结构在理论上具有通用性,即通过适当的门操作组合,可以逼近任何连续函数。


 


微云全息(NASDAQ: HOLO)CV-QNN利用量子叠加和纠缠特性,在处理大规模数据时具有潜在的指数级加速能力。此外,由于CV架构中的信息编码方式接近经典计算机,CV-QNN具有较强的可扩展性,能够与现有的经典计算系统无缝对接。此外,CV-QNN的设计充分利用了连续变量量子计算的能效优势。通过使用高斯门和非高斯门,能够以较低的资源成本实现复杂的量子运算,从而在量子计算机硬件实现尚不完善的阶段提供实际可行的解决方案。


CV-QNN的潜在应用范围十分广泛,其可以通过量子卷积网络实现更高效的图像分类、目标检测和语义分割;利用量子递归网络提升文本生成、情感分析和机器翻译的性能;在量子化学、材料科学和复杂系统模拟中提供更快的求解方案;通过量子神经网络实现更精确的市场预测和风险评估。


微云全息连续变量量子神经网络(CV-QNN)的出现,为量子计算与人工智能的融合提供了全新的视角。这项技术通过将经典神经网络的结构和功能嵌入量子计算的框架,不仅大幅提高了模型的运算效率,还扩展了其在不同领域的应用边界。从量子卷积网络到递归量子网络,再到残差量子网络,CV-QNN技术展示了其在图像处理、自然语言处理和科学计算等多个场景中的潜力。这些进步意味着我们正在逐步进入一个量子人工智能驱动的时代。


尽管如此,微云全息CV-QNN技术仍面临一些挑战。例如,量子硬件的稳定性和计算资源的优化问题需要进一步解决。此外,量子网络训练过程中潜在的误差积累,以及如何更高效地设计量子优化算法,也为学术界和产业界提出了新的课题。然而,这些挑战同时也代表了机遇。随着量子硬件的发展和软件工具的完善,CV-QNN的性能将得到持续提升,未来的应用场景也将更加广泛。


在量子技术逐步改变世界的大趋势下,微云全息(NASDAQ: HOLO)CV-QNN不仅代表了一种新的计算工具,也将重新定义人工智能的能力边界提供了可能。相信,随着这一技术的进一步发展,它将成为下一代智能系统的核心驱动力。无论是在科学研究中揭示自然的奥秘,还是在工业领域解决复杂的实际问题,CV-QNN技术的潜力将被无限放大带来前所未有的机遇。

 

来源:媒介联盟
原标题:HOLO微云全息CV-QNN:开启量子计算与机器学习的新时代