मशीन सीखने या एआई में क्वांटम कंप्यूटर का कोई संभावित अनुप्रयोग है?


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बहुत सारे लोग मानते हैं कि क्वांटम कंप्यूटर नई मशीन लर्निंग और एआई एल्गोरिदम बनाने में एक महत्वपूर्ण कदम साबित हो सकते हैं जो क्षेत्र को भारी बढ़ावा दे सकते हैं। यहाँ तक कि यह भी अध्ययन किया गया है कि हमारा मस्तिष्क क्वांटम कंप्यूटर हो सकता है, लेकिन अभी तक शोधकर्ताओं के बीच कोई सहमति नहीं बन पाई है।

यह देखते हुए कि मैं इस क्षेत्र में पूरी तरह से नया हूं, मैं जानना चाहता था कि क्या एआई में क्वांटम कंप्यूटरों के अनुप्रयोग में कुछ शोध किया गया है, जो सैद्धांतिक रूप से बोल रहा है, किसी कार्य में बेहतर प्रदर्शन कर सकता है या आधुनिक गहरे शिक्षण एल्गोरिदम की तुलना में तेजी से परिवर्तित हो सकता है।


जवाबों:


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मैं केवल इस सवाल के हिस्से का जवाब दूंगा कि क्वांटम यांत्रिकी मशीन सीखने के माध्यम से शास्त्रीय डेटा के विश्लेषण के लिए कैसे उपयोगी हो सकता है। "क्वांटम एआई" से संबंधित कार्य भी हैं, लेकिन यह एक बहुत अधिक सट्टा (और कम परिभाषित) तरह की चीज है, जिसे मैं नहीं जाना चाहता।

तो, क्वांटम कंप्यूटर का उपयोग मशीन लर्निंग एल्गोरिदम के माध्यम से डेटा विश्लेषण को गति देने के लिए किया जा सकता है ? स्कॉट आरोनसन का उद्धरण ठीक प्रिंट पेपर पढ़ें , यह एक जटिल प्रश्न का सरल प्रश्न है

सबसे पहले यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि इस तरह के सवाल का जवाब देने की कोशिश क्वांटम मशीन लर्निंग के अनुसंधान क्षेत्र का एक बड़ा हिस्सा है (हाल ही में, क्वांटम-वर्धित मशीन लर्निंग या क्वांटम असिस्टेड मशीन लर्निंग के बारे में) को प्राथमिकता लगती है। क्यूएम और एमएल के इस विलय को संदर्भित करना, क्यूएम में समस्याओं को हल करने में मदद करने के लिए एमएल के उपयोग से इसे अलग करना)। जैसा कि आप विकिपीडिया पृष्ठ से देख सकते हैं, क्षेत्र में कई चीजें चल रही हैं, और यहां प्रासंगिक कागजात की एक व्यापक सूची देने की कोशिश करना और व्यर्थ करना होगा, क्योंकि यह जल्दी से पुराना हो जाएगा।

Schuld एट अल से उद्धृत 2014 , क्वांटम-असिस्टेड मशीन लर्निंग (QAML) के पीछे का विचार निम्नलिखित है:

चूंकि विश्व स्तर पर संग्रहीत डेटा की मात्रा हर साल लगभग 20% बढ़ रही है (वर्तमान में कई सौ एक्साइबेट [1] के क्रम में), मशीन सीखने के लिए अभिनव दृष्टिकोण खोजने का दबाव बढ़ रहा है। एक आशाजनक विचार जो वर्तमान में शिक्षाविदों के साथ-साथ प्रमुख आईटी कंपनियों के अनुसंधान प्रयोगशालाओं में जांच कर रहा है, शास्त्रीय मशीन लर्निंग एल्गोरिदम का अनुकूलन करने के लिए क्वांटम कंप्यूटिंग की क्षमता का फायदा उठाता है।

अपने प्रश्न पर वापस जाते हुए, हैरो एट अल द्वारा पहला उत्तर दिया गया सकारात्मक उत्तर दिया गया 2009 , जिसने एक कुशल क्वांटम अल्गोरिद्म दिया था जो समीकरणों के रैखिक प्रणाली को उलट देता है (सिस्टम पर कई परिस्थितियों में), जब डेटा क्वांटम राज्यों में संग्रहीत होता है। यह एक मौलिक रेखीय बीजगणित ऑपरेशन होने के नाते, खोज ने कई प्रस्तावित क्वांटम एल्गोरिदम को कुछ लेखकों ( 1307.0401 , 1307.0411 , 1307.0471 ), साथ ही कई अन्य लोगों द्वारा मशीन सीखने की समस्याओं को हल करने के लिए प्रेरित किया। अब कई समीक्षाएँ हैं जो आप संदर्भों की अधिक व्यापक सूची प्राप्त करने के लिए देख सकते हैं, जैसे 1409.3097 , 1512.02900 , 1611.09347 ,1707.08561 , 1708.09757 , पीटर विटटेक की पुस्तक , और अधिक संभावना है।

हालांकि, यह अभी तक स्थापित नहीं है कि यह व्यवहार में कैसे काम करेगा। आरोनसन के पेपर में कुछ कारणों को अच्छी तरह से समझाया गया है: ठीक प्रिंट पढ़ें (प्रकाशित संस्करण भी देखें: nphys3272 )। बहुत मोटे तौर पर, समस्या यह है कि क्वांटम एल्गोरिदम आमतौर पर क्वांटम राज्यों में संग्रहीत "डेटा" को संभालते हैं, अक्सर वैक्टर को राज्य के आयामों में एन्कोडिंग करते हैं। यह, उदाहरण के लिए, QFT के लिए मामला है , और यह अभी भी HHL09 और व्युत्पन्न कार्यों के लिए मामला है ।

इसके साथ बड़ी समस्या (या बड़ी समस्याओं में से एक) यह है कि यह स्पष्ट रूप से दूर है कि आप प्रसंस्करण के लिए इस क्वांटम स्थिति में "बड़े" शास्त्रीय डेटा को कुशलता से कैसे लोड कर सकते हैं। इसका विशिष्ट उत्तर यह है कि "हमें बस एक qRAM का उपयोग करना है ", लेकिन यह भी कई कैविटीज़ के साथ आता है, क्योंकि इस प्रक्रिया को घातीय गति को बनाए रखने के लिए बहुत तेज़ होने की आवश्यकता होती है जो अब हम डेटा प्राप्त करने के बाद प्राप्त कर सकते हैं। क्वांटम रूप। मैं फिर से आगे के विवरण के लिए हारून के पेपर का संदर्भ देता हूं ।


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ऐसे तर्क हैं कि हमारे दिमाग क्वांटम मैकेनिकल हैं, और इसके खिलाफ तर्क हैं, इसलिए यह एक गर्म बहस वाला विषय है। यूसीएसबी में फिशर ने कुछ अटकलें लगाईं कि कैसे दिमाग अभी भी क्वांटम प्रभाव का उपयोग कर सकता है, भले ही वे प्रकृति में क्वांटम मैकेनिकल नहीं हैं। हालांकि कोई प्रत्यक्ष प्रायोगिक साक्ष्य नहीं है, दो संदर्भ हैं जिन्हें आप पढ़ना चाहते हैं:

अब, क्वांटम कंप्यूटिंग और मशीन लर्निंग के उपयोग के विषय पर, रिगेट्टी कम्प्यूटिंग ने अपने प्रोटोटाइप क्वांटम चिप्स (19 क्विबट) का उपयोग करके क्लस्टरिंग एल्गोरिदम का प्रदर्शन किया है। उन्होंने अपने निष्कर्षों को यहां arXiv.org पर एक श्वेत पत्र में प्रकाशित किया:

तो स्पष्ट रूप से मशीन लर्निंग को आगे बढ़ाने का अवसर है, और अंततः क्वांटम कंप्यूटिंग इम्हो का उपयोग करके एआई।


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क्वांटम कंप्यूटरों के साथ अब तक किए गए अधिकांश कार्यों में कॉम्बीनेटरियल ऑप्टिमाइज़ेशन समस्याओं को हल करने पर ध्यान केंद्रित किया गया है। डी-वेव शैली क्वांटम एनीलर्स और हाल ही में रिगेट्टी, आईबीएम और Google की गेट मॉडल मशीनें कॉम्बिनेटरियल ऑप्टिमाइज़ेशन समस्याओं को हल कर रही हैं। मशीन लर्निंग और क्वांटम कंप्यूटिंग को जोड़ने के लिए एक आशाजनक दृष्टिकोण में मानक मशीन सीखने के कार्यों के भीतर अनुकूलन समस्याओं का पता लगाना शामिल है।

उदाहरण के लिए हाल ही में रिगेटी पेपर अनसुपरिवाइज्ड मशीन लर्निंग ऑन हाइब्रिड क्वांटम कंप्यूटर अनिवार्य रूप से डेटा को दो समूहों में क्लस्टरिंग सीखने की अनसुनी मशीन सीखने की समस्या के रूप में बताता है, जिसे 2-साधन क्लस्टरिंग के रूप में भी जाना जाता है, मैक्सकॉट की दहनशील अनुकूलन समस्या। रिगेटी के लोग तब क्वांटम अनुमानित अनुकूलन एल्गोरिथम (QAOA) के साथ मैक्सकॉट समस्या को हल करते हैं।

मैं भविष्य में इस कार्यशैली को और अधिक देखने की उम्मीद करूंगा, विशेष रूप से अनुकूलन और मशीन सीखने के बीच प्राकृतिक संबंध को देखते हुए।

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