一种量子计算机、量子网络及时序数据预测方法技术

本申请公开了一种量子计算机、量子网络及时序数据预测方法，应用于机器学习技术领域，量子网络包括依次连接的a个节点，用于输出对应于待预测时序数据的预测结果。任意相邻的2个节点之一所使用的n位数据编码量子比特线路，与另1节点所使用的n位数据暂存量子比特线路为相同的n位量子线路；节点的n位数据编码量子比特线路用于得到n位时序数据输入量子比特，n位数据暂存量子比特线路用于接收前一节点所输出的n位量子比特；节点中设置有交换模块，观测模块以及用于实现变分量子算法的变分量子模块。应用本申请的方案，可以设置足够量子线路深度的量子网络，实现对于时序数据的有效处理，且不会受到量子比特退相干时间较低所带来的影响。带来的影响。带来的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种量子计算机、量子网络及时序数据预测方法


[0001]本专利技术涉及机器学习
，特别是涉及一种量子计算机、量子网络及时序数据预测方法。

技术介绍

[0002]量子计算是一种利用叠加、纠缠等量子力学性质进行运算的新型计算，目前已证明量子计算在部分领域有远超经典计算的计算能力。
[0003]在量子计算体系中，信息以量子比特的形式进行存储。与经典比特类似，量子比特也有状态，可以是|0>或|1>这两种基态，也可以是|0>和|1>的线性组合，称为叠加态。单量子比特的状态|ψ>可表示为：|ψ〉=α|0>+β|1> 。该公式中的α和β为复数，且|α|2+|β|2=1。因此，单量子比特状态也可以表示成维度为2，模长为1的向量(α，β)
T
。对量子系统的测量操作会使系统随机地坍缩到基态，概率则取决于每个基态前的系数。例如对于该公式中的量子比特而言，有|α|2的概率坍缩到|0>、|β|2的概率坍缩到|1>。当多个量子比特纠缠在一起时，对应的基态数会呈指数上升。N个量子比特纠缠的系统便有2
N
种基态，系统状态可表示为基态的线性叠加。量子计算机储存信息的能力随比特数增加而呈指数级上升，利用量子比特叠加这一性质，使得量子计算在某些情况下可以远超经典计算。
[0004]然而，由于量子计算仍处于发展的初期阶段，量子比特退相干时间较低。量子比特退相干时间是指，当把量子比特制备到除|0>以外的量子态时，量子比特所保存的量子信息衰减到1/e的时间，可以理解为量子信息的“存活”时间。因此，在量子比特退相干时间的影响下，仍然无法利用量子计算机来运行深度较深的量子线路，并获得有价值的计算结果。在此背景下，当前最热门的量子计算算法研究领域为变分量子算法，也就是利用含参数的量子门来组成变分量子线路，根据量子线路的读取结果以及所要处理的实际问题定义好损失函数，再利用经典计算机来处理变分量子线路的优化过程。经典计算机的加入构成了经典
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量子混合计算模型，并且由于将部分计算任务移交给了经典计算机，量子计算机上所运行的量子线路深度得到了一定程度的减轻，但是，仍然无法满足部分对于量子线路深度有高要求的场合的使用需求。
[0005]时序数据处理对于量子线路深度有高要求，在许多人工智能
中都有所应用，例如气象预测、股价走向等。目前，缺乏一种能够处理时序数据的量子神经网络。
[0006]综上所述，如何有效地通过量子网络实现对于时序数据的处理，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种量子计算机、量子网络及时序数据预测方法，以有效地通过量子网络实现对于时序数据的处理。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种量子网络，包括依次连接的第1节点至第a节点，a为不小于1的正整数，n为正
整数，i为正整数且1≤i≤a；针对任意2个相邻节点，其中1个节点所使用的n位数据编码量子比特线路，与另1个节点所使用的n位数据暂存量子比特线路为相同的n位量子线路；第i节点的n位所述数据编码量子比特线路用于：接收当前输入至量子网络的时序数据中的第i时间节点的时序数据，并将接收的所述时序数据转换为n位时序数据输入量子比特；第1节点的n位所述数据暂存量子比特线路用于：接收n位|0>态量子比特；第2节点至第a节点中的任意节点的n位所述数据暂存量子比特线路均用于：接收前一节点所输出的n位量子比特；各所述节点均设置有交换模块，观测模块以及用于实现变分量子算法的变分量子模块；第i节点的所述交换模块用于：针对第i节点的所述变分量子模块所输出的2n位量子比特，将位于第i节点的所述数据编码量子比特线路上的n位量子比特，与位于第i节点的所述数据暂存量子比特线路上的n位量子比特进行交换，且将完成了交换之后的所述数据编码量子比特线路上的n位量子比特作为第i节点的所输出的n位量子比特；第1节点至第a
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1节点中的任意节点的所述观测模块均用于：对完成了交换之后的所述数据暂存量子比特线路所输出的n位量子比特进行观测；第a节点的所述观测模块用于：对第a节点完成了交换之后的所述数据编码量子比特线路所输出的n位量子比特进行观测，以将观测结果作为所述量子网络所输出的对应于当前输入的时序数据的预测结果。
[0009]优选的，第i节点的n位所述数据编码量子比特线路具体用于：接收当前输入至量子网络的时序数据中的第i时间节点的时序数据；对接收的第i时间节点的时序数据进行编码，并作用到n位|0>态量子比特上，以得到n位时序数据输入量子比特。
[0010]优选的，所述对接收的第i时间节点的时序数据进行编码，包括：通过旋转操作，对接收的第i时间节点的时序数据进行编码。
[0011]优选的，所述旋转操作为绕X轴的旋转操作，绕Y轴的旋转操作，以及绕Z轴的旋转操作的任意线性组合。
[0012]优选的，针对第2节点至第a节点中的任意节点，该节点的n位所述数据编码量子比特线路所使用的n位|0>态量子比特，为对前一节点的观测模块所输出的n位量子比特进行重置操作之后，所得到的n位|0>态量子比特。
[0013]优选的，第i节点的n位所述数据编码量子比特线路还用于：在接收当前输入至量子网络的时序数据中的第i时间节点的时序数据之后，基于预设的第一函数，对接收的第i时间节点的时序数据进行数值调整；相应的，所述对接收的第i时间节点的时序数据进行编码，包括：将调整之后得到的时序数据进行编码，并且作用到n位|0>态量子比特上，以得到n位时序数据输入量子比特。
[0014]优选的，所述第一函数为反三角函数。
[0015]优选的，所述反三角函数具体为反余弦函数。
[0016]优选的，当前输入至量子网络的时序数据的维度为d，n等于d。
[0017]优选的，当前输入至量子网络的时序数据的维度为d，n等于d的倍数。
[0018]优选的，所述变分量子模块具体为基于参数移位规则的梯度下降优化算法的变分量子模块。
[0019]优选的，第i节点的所述变分量子模块具体用于：针对第i节点的n位所述数据暂存量子比特线路中的每1位数据暂存量子比特线路，第i节点的n位所述数据编码量子比特线路依次对该位数据暂存量子比特线路进行预设的第一作用操作；其中，所述第一作用操作表示的是：先以数据编码量子比特线路中的量子比特作为控制比特，作用CNOT门到数据暂存量子比特线路上，再对数据暂存量子比特线路上的CNOT门输出进行旋转操作，最后以数据编码量子比特线路中的量子比特作为控制比特，作用CNOT门到数据暂存量子比特线路上的该旋转操作的输出上；在第一作用操作之后，针对第i节点的n位所述数据编码量子比特线路中的每1位数据编码量子比特线路，由该位数据编码量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种量子网络，其特征在于，包括依次连接的第1节点至第a节点，a为不小于1的正整数，n为正整数，i为正整数且1≤i≤a；针对任意2个相邻节点，其中1个节点所使用的n位数据编码量子比特线路，与另1个节点所使用的n位数据暂存量子比特线路为相同的n位量子线路；第i节点的n位所述数据编码量子比特线路用于：接收当前输入至量子网络的时序数据中的第i时间节点的时序数据，并将接收的所述时序数据转换为n位时序数据输入量子比特；第1节点的n位所述数据暂存量子比特线路用于：接收n位|0>态量子比特；第2节点至第a节点中的任意节点的n位所述数据暂存量子比特线路均用于：接收前一节点所输出的n位量子比特；各所述节点均设置有交换模块，观测模块以及用于实现变分量子算法的变分量子模块；第i节点的所述交换模块用于：针对第i节点的所述变分量子模块所输出的2n位量子比特，将位于第i节点的所述数据编码量子比特线路上的n位量子比特，与位于第i节点的所述数据暂存量子比特线路上的n位量子比特进行交换，且将完成了交换之后的所述数据编码量子比特线路上的n位量子比特作为第i节点的所输出的n位量子比特；第1节点至第a
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1节点中的任意节点的所述观测模块均用于：对完成了交换之后的所述数据暂存量子比特线路所输出的n位量子比特进行观测；第a节点的所述观测模块用于：对第a节点完成了交换之后的所述数据编码量子比特线路所输出的n位量子比特进行观测，以将观测结果作为所述量子网络所输出的对应于当前输入的时序数据的预测结果。2.根据权利要求1所述的量子网络，其特征在于，第i节点的n位所述数据编码量子比特线路具体用于：接收当前输入至量子网络的时序数据中的第i时间节点的时序数据；对接收的第i时间节点的时序数据进行编码，并作用到n位|0>态量子比特上，以得到n位时序数据输入量子比特。3.根据权利要求2所述的量子网络，其特征在于，所述对接收的第i时间节点的时序数据进行编码，包括：通过旋转操作，对接收的第i时间节点的时序数据进行编码。4.根据权利要求3所述的量子网络，其特征在于，所述旋转操作为绕X轴的旋转操作，绕Y轴的旋转操作，以及绕Z轴的旋转操作的任意线性组合。5.根据权利要求2所述的量子网络，其特征在于，针对第2节点至第a节点中的任意节点，该节点的n位所述数据编码量子比特线路所使用的n位|0>态量子比特，为对前一节点的观测模块所输出的n位量子比特进行重置操作之后，所得到的n位|0>态量子比特。6.根据权利要求2所述的量子网络，其特征在于，第i节点的n位所述数据编码量子比特线路还用于：在接收当前输入至量子网络的时序数据中的第i时间节点的时序数据之后，基于预设的第一函数，对接收的第i时间节点的时序数据进行数值调整；相应的，所述对接收的第i时间节点的时序数据进行编码，包括：将调整之后得到的时序数据进行编码，并且作用到n位|0>态量子比特上，以得到n位时序数据输入量子比特。7.根据权利要求6所述的量子网络，其特征在于，所述第一函数为反三角函数。8.根据权利要求7所述的量子网络，其特征在于，所述反三角函数具体为反余弦函数。
9.根据权利要求1所述的量子网络，其特征在于，当前输入至量子网络的时序数据的维度为d，n等于d。10.根据权利要求1所述的量子网络，其特征在于，当前输入至量子网络的时序数据的维度为d，n等于d的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘幼航，李勇，刘强，李金，
申请(专利权)人：苏州浪潮智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：