Automation of quantum dot measurement analysis via explainable machine learning
Notice bibliographique
Résumé
Abstract The rapid development of quantum dot (QD) devices for quantum computing has necessitated more efficient and automated methods for device characterization and tuning. Many of the measurements acquired during the tuning process come in the form of images that need to be properly analyzed to guide the subsequent tuning steps. By design, features present in such images capture certain behaviors or states of the measured QD devices. When considered carefully, such features can aid the control and calibration of QD devices. An important example of such images are so-called triangle plots , which visually represent current flow and reveal characteristics important for QD device calibration. While image-based classification tools, such as convolutional neural networks (CNNs), can be used to verify whether a given measurement is good and thus warrants the initiation of the next phase of tuning, they do not provide any insights into how the device should be adjusted in the case of bad images. This is because CNNs sacrifice prediction and model intelligibility for high accuracy. To ameliorate this trade-off, a recent study introduced an image vectorization approach that relies on the Gabor wavelet transform (Schug et al 2024 Proc. XAI4Sci: Explainable Machine Learning for Sciences Workshop (AAAI 2024) (Vancouver, Canada) pp 1–6). Here we propose an alternative vectorization method that involves mathematical modeling of synthetic triangles to mimic the experimental data. Using explainable boosting machines, we show that this new method offers superior explainability of model prediction without sacrificing accuracy. This work demonstrates the feasibility and advantages of applying explainable machine learning techniques to the analysis of QD measurements, paving the way for further advances in automated and transparent QD device tuning.
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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 | 0,002 | 0,007 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 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 ».