Новости науки 04.03.02. На пути к квантовым нейрокомпьютерам.

Два активно развивающихся в последнее время направления - квантовые компьютеры и нейрокомпьютеры. Можно ли их совместить и создать квантовые нейронные сети? Над подходами к данной проблеме уже работают несколько групп ученых, в том числе и российских. В частности, ученые из Троицка придумали квантовый нейрон и квантовый нейронный вентиль.

26 февраля на семинаре по квантовым вычислениям во ФТИАН выступил сотрудник теоретической лаборатории Троицкого института инновационных и термоядерных исследований (ТРИНИТИ) А.А.Ежов с докладом о квантовых нейрокомпьютерах. Институт имеет уже заметные заслуги в области нейронных алгоритмов, в частности, почти все банки Италии используют разработанную ими программу распознавания рукописных текстов.

Обращение к квантовым нейрокомпьтерам вполне закономерно. Раз квантовые компьютеры имеют огромные преимущества перед классическими, возможно, и квантовые нейронные сети будут иметь столь же огромные преимущества перед классическими нейронными сетями. Полезно вспомнить историю. Первые нейроны были пороговыми, т.е. имели ступенчатую функцию отклика на входной сигнал. Сети на основе таких нейронов позволяли производить осуществление булевых операций. Позднее были придуманы логистические нейроны, в которых функция отклика плавно изменялась от нуля до единицы. Это уже был аналоговый нейрон. Сети из таких нейронов приобрели ценнейшее качество - способность к обучению. Главной задачей стало распознавание образов, например, угрожающего образа инфаркта по диагностическим данным пациента. В настоящее время с использованием нейронных сетей инфаркт диагностируется с точностью 96%, т.е. всего 4% диагнозов оказывается ложными. Большой коммерческий спрос получили программы распознавания рукописных текстов. Их точность равна 99% и соответствует человеческой.

В области квантовых нейрокомпьютеров пока работает немного специалистов, и нет ярких результатов, сопоставимых с алгоритмами Шора и Гровера, привлекших огромное финансирование в область квантовых компьютеров. Чем же привлекательны квантовые нейронные сети? Ожидается, пока интуитивно, что "квантовость" поможет справиться с известными проблемами классических нейронных сетей. Возможно, квантовый параллелизм, пронизывающий всю систему, позволит быстрее обучаться. Кроме того, классические компьютер и нейронная сеть имеют объем памяти, равный количеству элементов n (битов или нейронов). Квантовый компьютер будет иметь объем памяти 2ⁿ.

А.А.Ежов с соавторами вначале придумали оптический квантовый нейрон, основанный на интерференции лучей в слоистой среде с управляемыми показателями преломления и щелями. Такой нейрон позволяет осуществление логической операции XOR, которая невозможна в классическом нейроне. Далее удалось изобрести квантовый нейронный вентиль, выходом которого являются разные логические операции, например, преобразование Адамара, а также операции преобразования спина 1/2. Конечно, это только самое начало пути, квантовые нейронные сети еще ждут своих исследователей.

перейти к началу страницы