Accurate Image Multi-Class Classification Neural Network Model with Quantum Entanglement Approach
Notice bibliographique
Résumé
Quantum machine learning (QML) has attracted significant research attention over the last decade. Multiple models have been developed to demonstrate the practical applications of the quantum properties. In this study, we first demonstrate that the previously proposed quanvolutional neural network (QuanvNN) using a randomly generated quantum circuit improves the image classification accuracy of a fully connected neural network against the Modified National Institute of Standards and Technology (MNIST) dataset and the Canadian Institute for Advanced Research 10 class (CIFAR-10) dataset from 92.0% to 93.0% and from 30.5% to 34.9%, respectively. We then propose a new model referred to as a Neural Network with Quantum Entanglement (NNQE) using a strongly entangled quantum circuit combined with Hadamard gates. The new model further improves the image classification accuracy of MNIST and CIFAR-10 to 93.8% and 36.0%, respectively. Unlike other QML methods, the proposed method does not require optimization of the parameters inside the quantum circuits; hence, it requires only limited use of the quantum circuit. Given the small number of qubits and relatively shallow depth of the proposed quantum circuit, the proposed method is well suited for implementation in noisy intermediate-scale quantum computers. While promising results were obtained by the proposed method when applied to the MNIST and CIFAR-10 datasets, a test against a more complicated German Traffic Sign Recognition Benchmark (GTSRB) dataset degraded the image classification accuracy from 82.2% to 73.4%. The exact causes of the performance improvement and degradation are currently an open question, prompting further research on the understanding and design of suitable quantum circuits for image classification neural networks for colored and complex data.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».