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講演抄録/キーワード
講演名 2023-12-17 17:30
[ポスター講演]損失による光量子リザバーの空間拡張 ~ ボゾン型量子リザバー計算を目指して ~
吉澤明男産総研
抄録 (和) 再帰型ニューラルネットワークの一種であるリザバー計算は入力層・リザバー・出力層で構成される.結合重みの全てを学習する畳み込みニューラルネットワークとは異なり,リザバー計算では簡便な学習(線形回帰など)を出力層に限定して行う.これはリザバーで十分な特徴抽出が既になされていることを前提とした学習法であり,高次元非線形写像による多様で複雑なダイナミクスをリザバーに求める.但し,リザバーそのものは重みが固定されるランダムネットワークでよい.我々はビームスプリッタと位相シフタの多段接続からなる光量子スクランブル回路を光量子リザバーと捉えて動作解析数値シミュレーションを行った.光子の非古典的な挙動(エンタングルメントや多光子干渉など)と同時計数測定による非線形効果がリザバーに複雑なダイナミクスを与える.また,同一状態に複数粒子の存在が許されるボゾン型リザバーの場合,粒子を追加することで実構成を変更することなく特徴空間(ヒルベルト空間)の拡張とダイナミクスの複雑化を実現できる.但し,損失によりエンタングルメントの一部が壊れると古典性と非古典性が共存する混合状態となる.適度の損失であればこの混合状態を利用してダイナミクスの複雑化や特徴空間の拡張を強化できる. 
(英) Reservoir-computing systems consist of an input layer, the reservoir, and the output layer. As opposed to the convolutional neural network which needs all the weights to be optimized for feature extraction, network connections of the reservoir are randomized and remain unchanged throughout computation. Only the output layer is trained, typically with a linear regression, which greatly minimizes computational resources. For complex dynamical responses, the reservoir implements a high-dimensional nonlinear mapping to the output layer from the input layer. We numerically analyze a photon-based quantum scrambler consisting of multi-stage beam splitters and phase shifters as a candidate of the bosonic quantum reservoir. Complex dynamical responses are created by non-classical nature of photons (multi-photon interference and entanglement) and nonlinear effects of photon coincidence measurement. Furthermore, the bosonic nature of photons allows expansion of the calculation (Hilbert) space by simply adding photons to the reservoir without changing its physical configuration. However, entanglement is easily broken by optical loss; thereby, we usually observe both classical and non-classical states as a mixture. Our numerical results suggest that such a mixed state can help fully use the calculation space of a photon-based bosonic quantum reservoir.
キーワード (和) リザバー計算 / 光量子リザバー / ボゾン型量子リザバー / 光量子スクランブル回路 / ヒルベルト空間 / 多光子干渉 / エンタングルメント / 非古典性  
(英) reservoir computing / photon-based quantum reservoir / bosonic quantum reservoir / photon-based quantum scrambler / Hilbert space / multi-photon interference / entanglement / non-classical nature  
文献情報 信学技報
資料番号  
発行日  
ISSN  
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研究会情報
研究会 QIT  
開催期間 2023-12-17 - 2023-12-19 
開催地(和) 沖縄科学技術大学院大学 
開催地(英) OIST 
テーマ(和) 量子情報,一般 
テーマ(英) Quantum Information 
講演論文情報の詳細
申込み研究会 QIT 
会議コード 2023-12-QIT 
本文の言語 日本語 
タイトル(和) 損失による光量子リザバーの空間拡張 
サブタイトル(和) ボゾン型量子リザバー計算を目指して 
タイトル(英) Loss-Assisted Space Expansion of a Photon-Based Quantum Reservoir 
サブタイトル(英) Preparatory Study for Bosonic Quantum Reservoir Computing 
キーワード(1)(和/英) リザバー計算 / reservoir computing  
キーワード(2)(和/英) 光量子リザバー / photon-based quantum reservoir  
キーワード(3)(和/英) ボゾン型量子リザバー / bosonic quantum reservoir  
キーワード(4)(和/英) 光量子スクランブル回路 / photon-based quantum scrambler  
キーワード(5)(和/英) ヒルベルト空間 / Hilbert space  
キーワード(6)(和/英) 多光子干渉 / multi-photon interference  
キーワード(7)(和/英) エンタングルメント / entanglement  
キーワード(8)(和/英) 非古典性 / non-classical nature  
第1著者 氏名(和/英/ヨミ) 吉澤 明男 / Akio Yoshizawa / ヨシザワ アキオ
第1著者 所属(和/英) 産業技術総合研究所 (略称: 産総研)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (略称: AIST)
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講演者 第1著者 
発表日時 2023-12-17 17:30:00 
発表時間 120分 
申込先研究会 QIT 
資料番号  
巻番号(vol) vol. 
号番号(no)  
ページ範囲  
ページ数  
発行日  


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