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Towards a Real Quantum Neuron
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作者 Wei Hu 《Natural Science》 2018年第3期99-109,共11页
Google’s AlphaGo represents the impressive performance of deep learning and the backbone of deep learning is the workhorse of highly versatile neural networks. Each network is made up of layers of interconnected neur... Google’s AlphaGo represents the impressive performance of deep learning and the backbone of deep learning is the workhorse of highly versatile neural networks. Each network is made up of layers of interconnected neurons and the nonlinear activation function inside each neuron is one of the key factors that account for the unprecedented achievement of deep learning. Learning how to create quantum neural networks has been a long time pursuit since 1990’s from many researchers, unfortunately without much success. The main challenge is to know how to design a nonlinear activation function inside the quantum neuron, because the laws in quantum mechanics require the operations on quantum neurons be unitary and linear. A recent discovery uses a special quantum circuit technique called repeat-until-success to make a nonlinear activation function inside a quantum neuron, which is the hard part of creating this neuron. However, the activation function used in that work is based on the periodic tangent function. Because of this periodicity, the input to this function has to be restricted to the range of [0, π/2), which is a serious constraint for its applications in real world problems. The function’s periodicity also makes its neurons not suited for being trained with gradient descent as its derivatives oscillate. The purpose of our study is to propose a new nonlinear activation function that is not periodic so it can take any real numbers and its neurons can be trained with efficient gradient descent. Our quantum neuron offers the full benefit as a quantum entity to support superposition, entanglement, interference, while also enjoys the full benefit as a classical entity to take any real numbers as its input and can be trained with gradient descent. The performance of the quantum neurons with our new activation function is analyzed on IBM’s 5Q quantum computer and IBM’s quantum simulator. 展开更多
关键词 quantum COMPUTATION quantum MACHINE Learning quantum NEURAL Network quantum neuron
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Gravitational and Quantum Effects in Neuron Function
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作者 Gustavo Rodrigues Ferreira Gomes 《Journal of Life Sciences》 2016年第6期273-278,共6页
关键词 量子效应 神经元 引力 密度矩阵算符 爱因斯坦方程 树突状细胞 曲率张量 弯曲时空
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Learning algorithm and application of quantum BP neural networks based on universal quantum gates 被引量:26
3
作者 Li Panchi Li Shiyong 《Journal of Systems Engineering and Electronics》 SCIE EI CSCD 2008年第1期167-174,共8页
A quantum BP neural networks model with learning algorithm is proposed. First, based on the universality of single qubit rotation gate and two-qubit controlled-NOT gate, a quantum neuron model is constructed, which is... A quantum BP neural networks model with learning algorithm is proposed. First, based on the universality of single qubit rotation gate and two-qubit controlled-NOT gate, a quantum neuron model is constructed, which is composed of input, phase rotation, aggregation, reversal rotation and output. In this model, the input is described by qubits, and the output is given by the probability of the state in which (1) is observed. The phase rotation and the reversal rotation are performed by the universal quantum gates. Secondly, the quantum BP neural networks model is constructed, in which the output layer and the hide layer are quantum neurons. With the application of the gradient descent algorithm, a learning algorithm of the model is proposed, and the continuity of the model is proved. It is shown that this model and algorithm are superior to the conventional BP networks in three aspects: convergence speed, convergence rate and robustness, by two application examples of pattern recognition and function approximation. 展开更多
关键词 quantum computing universal quantum gate quantum neuron quantum neural networks
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Quantum-Inspired Neural Network with Quantum Weights and Real Weights
4
作者 Fuhua Shang 《Open Journal of Applied Sciences》 2015年第10期609-617,共9页
To enhance the approximation ability of neural networks, by introducing quantum rotation gates to the traditional BP networks, a novel quantum-inspired neural network model is proposed in this paper. In our model, the... To enhance the approximation ability of neural networks, by introducing quantum rotation gates to the traditional BP networks, a novel quantum-inspired neural network model is proposed in this paper. In our model, the hidden layer consists of quantum neurons. Each quantum neuron carries a group of quantum rotation gates which are used to update the quantum weights. Both input and output layer are composed of the traditional neurons. By employing the back propagation algorithm, the training algorithms are designed. Simulation-based experiments using two application examples of pattern recognition and function approximation, respectively, illustrate the availability of the proposed model. 展开更多
关键词 quantum COMPUTING quantum ROTATION GATE quantum-Inspired neuron quantum-Inspired Neural Network
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Quantum-Inspired Neural Network with Sequence Input
5
作者 Ziyang Li Panchi Li 《Open Journal of Applied Sciences》 2015年第6期259-269,共11页
To enhance the approximation and generalization ability of artificial neural network (ANN) by employing the principles of quantum rotation gate and controlled-not gate, a quantum-inspired neuron with sequence input is... To enhance the approximation and generalization ability of artificial neural network (ANN) by employing the principles of quantum rotation gate and controlled-not gate, a quantum-inspired neuron with sequence input is proposed. In the proposed model, the discrete sequence input is represented by the qubits, which, as the control qubits of the controlled-not gate after being rotated by the quantum rotation gates, control the target qubit for reverse. The model output is described by the probability amplitude of state in the target qubit. Then a quantum-inspired neural network with sequence input (QNNSI) is designed by employing the sequence input-based quantum-inspired neurons to the hidden layer and the classical neurons to the output layer, and a learning algorithm is derived by employing the Levenberg-Marquardt algorithm. Simulation results of benchmark problem show that, under a certain condition, the QNNSI is obviously superior to the ANN. 展开更多
关键词 quantum ROTATION GATE Multi-Qubits Controller-Not GATE quantum-Inspired neuron quantum-Inspired Neural Network
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Coherence Field Theory: Quantum Coherence as the Basis for a Model of Brain Function
6
作者 Eric Bond 《Journal of Quantum Information Science》 CAS 2022年第3期64-89,共26页
A general definition of quantum coherence is developed from analysis of superposition, entanglement, chemical bonding behavior, and basic phenomena of classical mechanics. Various properties of atoms can be better exp... A general definition of quantum coherence is developed from analysis of superposition, entanglement, chemical bonding behavior, and basic phenomena of classical mechanics. Various properties of atoms can be better explained if these particles are matter waves that embody a spectrum ranging from relatively coherent to decoherent states. It is demonstrated that quantum coherence so defined can comprehensively explain signal transmission in neurons and dynamics of the brain’s emergent electric field, including potential support for the claim that conscious volition is to some degree real rather than an illusion. Recent research in a physiological context suggests that electromagnetic radiation interacts with molecular structure to comprise integrated energy fields. A mechanism is proposed by which quantum coherence as accelerating electric currents in neurons may result in a broadened spectrum of electromagnetic radiation capable of interacting with molecular complexes in the brain and perhaps elsewhere in an organism to influence vibrational and structural properties. Research should investigate whether a consequent energy field is the basic perceptual substrate, with at least some additive electromagnetic wavelengths of this field involved in generating image percepts insofar as they arise from the body, and electromagnetic vibrations the signature of a more diverse phenomenon by which somewhat nondimensional features of perception such as sound, touch, taste, smell, interoceptive sensations, etc. partially arise. If examination of the brain reveals this organ to be composed of a coherence field, structured at least in part by broadened spectrums of EM radiation interacting with molecular components, this has major implications for furthering our model of the matter/mind interface and possibly physical reality in total. 展开更多
关键词 CONSCIOUSNESS Brain neuron quantum Coherence Ebb Effect CEMI Electromagnetic Field Electromagnetic Radiation SUPERPOSITION ENTANGLEMENT
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量子神经网络及其在CDMA多用户检测中的应用 被引量:6
7
作者 李飞 赵生妹 郑宝玉 《信号处理》 CSCD 北大核心 2005年第6期555-559,共5页
量子计算与人工神经网络相结合的量子神经网络(QNN-Quantum Neural Networks)由于利用了量子并行计 算和量子纠缠等特性从而克服了传统人工神经网络的某些固有缺陷,将成为未来信息处理的重要手段。介绍了与量子神经 网络相关的量子计算... 量子计算与人工神经网络相结合的量子神经网络(QNN-Quantum Neural Networks)由于利用了量子并行计 算和量子纠缠等特性从而克服了传统人工神经网络的某些固有缺陷,将成为未来信息处理的重要手段。介绍了与量子神经 网络相关的量子计算基础,描述了一种量子神经元模型,分析证明了单个量子神经元具有与两层前向神经网络相当的非线 性映射能力。提出了一种基于量子神经元与量子寄存器的多用户检测方案,计算机仿真结果表明:本文所提出的检测器在 误码率和抗“远近”效应方面均具有良好的性能。 展开更多
关键词 量子神经网络 多用户检测 量子神经元 量子寄存器
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一种量子自组织特征映射网络模型及聚类算法 被引量:13
8
作者 李盼池 李士勇 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第4期463-468,共6页
提出一种量子自组织特征映射网络模型及聚类算法。量子神经元的输入和权值均为量子比特,输出为实数,量子自组织特征映射网络由输入层和竞争层组成。首先将聚类样本转换成量子态形式并提交给输入层,完成聚类样本的输入;然后计算样本量子... 提出一种量子自组织特征映射网络模型及聚类算法。量子神经元的输入和权值均为量子比特,输出为实数,量子自组织特征映射网络由输入层和竞争层组成。首先将聚类样本转换成量子态形式并提交给输入层,完成聚类样本的输入;然后计算样本量子态与相应权值量子态的相似系数,提取聚类样本所隐含的模式特征,并对其进行自组织,在竞争层将聚类结果表现出来。采用量子门更新量子权值,分无监督和有监督两个阶段完成网络的训练。仿真实验结果表明该模型及算法明显优于普通自组织特征映射网络。 展开更多
关键词 量子光学 量子自组织特征映射网络 量子聚类算法 量子神经元
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量子神经网络在PID参数调整中的应用 被引量:4
9
作者 曹茂俊 李盼池 肖红 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2011年第12期182-184,189,共4页
提出一种基于量子神经网络(QNNs)的比例积分微分(PID)参数在线调整方法。通过构造受控量子旋转门,给出一个量子神经元模型,其中包括输入量子比特相位的旋转角度和控制量2种设计参数。在此基础上提出一个量子神经网络模型,利用梯度下降... 提出一种基于量子神经网络(QNNs)的比例积分微分(PID)参数在线调整方法。通过构造受控量子旋转门,给出一个量子神经元模型,其中包括输入量子比特相位的旋转角度和控制量2种设计参数。在此基础上提出一个量子神经网络模型,利用梯度下降法设计该模型的学习算法,并将其用于PID参数的在线调整,实验结果表明,QNNs的调整能力及稳定性均优于反向传播网络。 展开更多
关键词 受控量子旋转门 量子神经元 量子神经网络 比例积分微分参数调整 量子比特相位
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基于受控Hadamard门的量子神经网络模型及算法 被引量:3
10
作者 李盼池 周红岩 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2015年第1期211-220,共10页
为提高神经网络的逼近能力,提出一种基于受控Hadamard门设计的量子神经网络模型及算法.该模型输入为多维离散序列,可用矩阵描述,行数为输入节点数,列数为序列长度.模型为3层结构,隐层为量子神经元,输出层为普通神经元.量子神经元由量子... 为提高神经网络的逼近能力,提出一种基于受控Hadamard门设计的量子神经网络模型及算法.该模型输入为多维离散序列,可用矩阵描述,行数为输入节点数,列数为序列长度.模型为3层结构,隐层为量子神经元,输出层为普通神经元.量子神经元由量子旋转门和多位受控Hadamard门组成,利用多位受控Hadamard门中目标量子位的输出向输入端的反馈,实现对输入序列的整体记忆,利用受控Hadamard门中控制位和目标位之间的受控关系获得量子神经元的输出.基于量子计算理论设计了该模型的学习算法.该模型可高效地获取输入序列的特征.实验结果表明,当输入节点数和序列长度满足一定关系时,该模型明显优于普通BP神经网络. 展开更多
关键词 量子计算 量子旋转门 受控Hadamard门 量子神经元 量子神经网络
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污水处理过程的QSOM出水水质预报 被引量:2
11
作者 李鹏华 柴毅 +1 位作者 熊庆宇 柴华 《重庆大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第8期72-79,共8页
针对活性污泥污水处理过程中微生物活动的不确定性、生化反应的复杂性及工艺参数的强耦合和大滞后等特性,提出一种量子自组织特征映射神经网络(QSOM)方法来进行出水水质预报。该方法将出水水质在异常情况下所对应的进水数据样本转换成... 针对活性污泥污水处理过程中微生物活动的不确定性、生化反应的复杂性及工艺参数的强耦合和大滞后等特性,提出一种量子自组织特征映射神经网络(QSOM)方法来进行出水水质预报。该方法将出水水质在异常情况下所对应的进水数据样本转换成量子态形式提交给网络输入层,通过计算量子输入与相应权值的相关系数作为网络的最佳输入匹配,学习规则中采用量子门更新网络权值。最后通过某污水处理厂生化处理过程中的实际运行数据的实验表明所提预报方法是有效的。 展开更多
关键词 量子自组织特征映射神经网络 量子神经元 污水处理 水质预报
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基于量子神经网络的分子沉积膜驱原油采收率预测方法 被引量:2
12
作者 许增福 吴贵生 王宏伟 《石油学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期84-88,共5页
提出一种用于预测分子沉积(MD)膜驱原油采收率的量子神经网络方法。基于生物神经元信息处理机制和量子计算原理构造出一种量子神经元,该神经元由加权、聚合、活化、激励四部分组成。再由量子神经元构造出三层量子神经网络模型,其输入和... 提出一种用于预测分子沉积(MD)膜驱原油采收率的量子神经网络方法。基于生物神经元信息处理机制和量子计算原理构造出一种量子神经元,该神经元由加权、聚合、活化、激励四部分组成。再由量子神经元构造出三层量子神经网络模型,其输入和输出为实值向量,权值和活性值为量子比特。权值和活性值调整由量子门实现。基于梯度下降法构造了该模型的学习算法。将该模型应用于MD膜驱原油采收率的预测实验结果表明,该模型在收敛速度和泛化能力方面明显优于普通三层BP网络。 展开更多
关键词 量子神经网络 量子神经元 学习算法 分子沉积膜驱油 原油采收率 预测方法
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应用量子神经网络快速预测储层敏感性 被引量:2
13
作者 孙玉学 谢建波 +2 位作者 赵景原 历艳明 王娇 《钻采工艺》 CAS 北大核心 2012年第5期72-74,11,共3页
针对室内评价储层敏感性预测的不足和传统神经网络模型的缺陷,在收集岩心分析资料、分析生物神经元的信息处理方式和量子特性的基础上,提出一种具有量子特性权值和活性值的量子神经网络预测模型[1]。对吉林油田伊通地区储层敏感性进行... 针对室内评价储层敏感性预测的不足和传统神经网络模型的缺陷,在收集岩心分析资料、分析生物神经元的信息处理方式和量子特性的基础上,提出一种具有量子特性权值和活性值的量子神经网络预测模型[1]。对吉林油田伊通地区储层敏感性进行快速预测,其结果表明,量子神经网络模型的敏感性伤害程度预测结果明显优于传统BP神经网络,与岩心流动实验结果的符合率达到88%。该方法能快速、准确地预测储层的敏感性指数,为保护油气层提供可靠的理论依据。 展开更多
关键词 量子神经元 量子神经网络 储层保护 预测 敏感性
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一种量子神经网络模型学习算法及应用 被引量:17
14
作者 李盼池 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期531-534,共4页
提出一种量子神经网络模型及学习算法.首先基于生物神经元信息处理机制和量子计算原理构造出一种量子神经元,该神经元由加权、聚合、活化、激励四部分组成.然后由量子神经元构造出三层量子神经网络模型,其输入和输出为实值向量,权值和... 提出一种量子神经网络模型及学习算法.首先基于生物神经元信息处理机制和量子计算原理构造出一种量子神经元,该神经元由加权、聚合、活化、激励四部分组成.然后由量子神经元构造出三层量子神经网络模型,其输入和输出为实值向量,权值和活性值为量子比特.基于梯度下降法构造了该模型的超线性收敛学习算法.通过模式识别和函数逼近两种仿真结果表明该模型及算法是有效的. 展开更多
关键词 量子计算 量子神经元 量子神经网络 超线性收敛
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量子神经元特性研究 被引量:3
15
作者 李飞 赵生妹 郑宝玉 《电路与系统学报》 CSCD 2004年第4期76-80,共5页
量子神经计算是传统神经计算自然演化发展的产物,它有可能成为新的信息处理技术。本文介绍了与量子神经网络相关的量子计算基础,描述了一种量子神经元模型,提出了一种量子学习算法,通过理论推导和仿真证明了算法的收敛性并给出了几种收... 量子神经计算是传统神经计算自然演化发展的产物,它有可能成为新的信息处理技术。本文介绍了与量子神经网络相关的量子计算基础,描述了一种量子神经元模型,提出了一种量子学习算法,通过理论推导和仿真证明了算法的收敛性并给出了几种收敛特性曲线。应用量子计算方法分析了该量子神经元模型的量子逻辑运算功能,分析和实验证明单个量子神经元能实现经典神经元无法实现的XOR函数,并具有与两层前向神经网络相当的非线性映射能力。 展开更多
关键词 量子神经网络 量子神经元 量子学习 非线性映射
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量子衍生神经网络模型及其在图像恢复中的应用 被引量:2
16
作者 肖红 李盼池 《智能系统学报》 CSCD 北大核心 2013年第6期537-542,共6页
为提高图像恢复质量,提出一种量子衍生神经网络模型及算法.该模型为3层结构,隐层为量子神经元,输出层为普通神经元.量子神经元由量子旋转门和多位受控非门组成,利用多位受控非门中目标量子位的输出向输入端的反馈,实现对输入序列的整体... 为提高图像恢复质量,提出一种量子衍生神经网络模型及算法.该模型为3层结构,隐层为量子神经元,输出层为普通神经元.量子神经元由量子旋转门和多位受控非门组成,利用多位受控非门中目标量子位的输出向输入端的反馈,实现对输入序列的整体记忆,利用受控非门输出中多位量子比特的纠缠,获得量子神经元的输出.基于量子计算理论设计了该模型的学习算法,该模型可从宽度和深度两方面获取输入序列的特征.仿真结果表明,该模型的图像恢复效果明显优于普通神经网络. 展开更多
关键词 量子计算 量子旋转门 多位受控非门 量子神经元 量子神经网络 图像恢复 学习算法 神经网络模型
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一种量子衍生神经网络模型算法及应用 被引量:3
17
作者 杨淑云 李盼池 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第12期2401-2408,共8页
为提高神经网络的逼近和预测能力,提出一种各维输入为离散序列的量子衍生神经网络模型及算法.该模型为三层结构,隐层为量子衍生神经元,输出层为普通神经元.量子衍生神经元由量子旋转门和多位受控旋转门组成,利用多位受控旋转门中目标量... 为提高神经网络的逼近和预测能力,提出一种各维输入为离散序列的量子衍生神经网络模型及算法.该模型为三层结构,隐层为量子衍生神经元,输出层为普通神经元.量子衍生神经元由量子旋转门和多位受控旋转门组成,利用多位受控旋转门中目标量子位的输出向输入端的反馈,实现对输入序列的整体记忆,利用受控旋转门输出中多位量子比特的纠缠获得量子衍生神经元的输出.基于量子计算理论设计了该模型的学习算法.该模型可从宽度和深度两方面获取输入序列的特征.仿真结果表明,当输入节点数和序列长度满足一定关系时,该模型明显优于普通神经网络. 展开更多
关键词 量子计算 量子旋转门 受控旋转门 量子神衍生经元 量子衍生神经网络
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用于旋转机械状态趋势预测的量子注意力循环编码解码神经网络 被引量:1
18
作者 李锋 程阳洋 +1 位作者 陈勇 汤宝平 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第21期2573-2582,共10页
提出了基于量子注意力循环编码解码神经网络(QAREDNN)的旋转机械状态趋势预测方法。在QAREDNN中,引入注意力机制以同时重构QAREDNN的编码器和解码器,使QAREDNN能够充分挖掘和重视重要信息,并抑制冗余信息的干扰,从而获得更好的非线性逼... 提出了基于量子注意力循环编码解码神经网络(QAREDNN)的旋转机械状态趋势预测方法。在QAREDNN中,引入注意力机制以同时重构QAREDNN的编码器和解码器,使QAREDNN能够充分挖掘和重视重要信息,并抑制冗余信息的干扰,从而获得更好的非线性逼近能力;采用量子神经元构建了一种活性值和权值由量子旋转矩阵代替的量子门限循环单元(QGRU),QGRU不仅能够更加精细地遍历解空间,还具有大量的多重吸引子,因此QGRU能代替传统编码器和解码器中的循环单元以提高QAREDNN的泛化能力和响应速度;通过引入Levenberg-Marquardt(LM)法来提高QAREDNN的量子旋转矩阵的旋转角和注意力参数的更新速度。滚动轴承状态趋势预测实例验证了该方法的有效性。 展开更多
关键词 量子注意力循环编码解码神经网络 注意力机制 量子神经元 状态趋势预测 旋转机械
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混合量子衍生神经网络模型及算法 被引量:3
19
作者 李盼池 李国蕊 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第1期111-118,共8页
为提高人工神经网络的逼近能力,该文从研究隐层神经元的映射机制入手,提出基于量子比特在Bloch球面的绕轴旋转构造神经网络模型的新思想。首先将样本线性变换为量子比特的相位,并使量子比特在Bloch球面上分别绕着3个坐标轴旋转,旋转角... 为提高人工神经网络的逼近能力,该文从研究隐层神经元的映射机制入手,提出基于量子比特在Bloch球面的绕轴旋转构造神经网络模型的新思想。首先将样本线性变换为量子比特的相位,并使量子比特在Bloch球面上分别绕着3个坐标轴旋转,旋转角度即为网络参数。然后通过投影测量可以得到量子比特的球面坐标,将这些坐标值提交到隐层激励函数,可得隐层神经元的输出。输出层采用普通神经元。基于L-M(Levenberg-Marquardt)算法设计了该模型的学习算法。实验结果表明,该文提出的模型在逼近能力、泛化能力、鲁棒性能方面,均优于采用L-M算法的普通神经网络。 展开更多
关键词 量子计算 量子比特旋转 量子衍生神经元 量子衍生神经网络
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基于序列输入的量子神经网络模型及算法 被引量:2
20
作者 李盼池 施光尧 《模式识别与人工智能》 EI CSCD 北大核心 2013年第3期247-253,共7页
为提高神经网络的逼近能力,提出一种各维输入为离散序列的量子神经网络模型及算法.该模型为3层结构,隐层为量子神经元,输出层为普通神经元.量子神经元由量子旋转门和多位受控非门组成,利用多位受控非门中目标量子位的输出向输入端的反馈... 为提高神经网络的逼近能力,提出一种各维输入为离散序列的量子神经网络模型及算法.该模型为3层结构,隐层为量子神经元,输出层为普通神经元.量子神经元由量子旋转门和多位受控非门组成,利用多位受控非门中目标量子位的输出向输入端的反馈,实现对输入序列的整体记忆,利用受控非门输出中多位量子比特的纠缠获得量子神经元的输出.基于量子计算理论设计该模型的学习算法.该模型可从宽度和深度两方面获取输入序列的特征.仿真结果表明,当输入节点数和序列长度满足一定关系时,该模型明显优于普通神经网络. 展开更多
关键词 量子计算 量子旋转门 多位受控非门 量子神经元 量子神经网络
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