[发明专利]一种能模拟任意非线性激活函数的量子系统

权利要求书

1.一种能模拟任意非线性激活函数的量子系统，其特征在于，在一个或多个量子处理器上实施有能模拟任意非线性激活函数的量子神经元或/和在一个或多个量子处理器上实施有由能模拟任意非线性激活函数的量子神经元组成的量子神经网络；所述能模拟任意非线性激活函数的量子神经元的构建过程包括：

定义能模拟任意非线性激活函数的量子神经元；包括：

定义映射M是一个n-变量的量子神经元，表示如下：

M:

其中：表示复数域空间表示复数域空间输入向量(x₁,x₂,…,x_m)^T看作是列向量(x₁,x₂,…,x_m)的转置，输入向量x＝(x₁,x₂,…,x_m)^T编码为量子态|x表示量子神经元的输入；R_Y(f(x·w)×π/2^t)|0表示量子神经元的输出，f()表示任意非线性激活函数，w＝(w₁,w₂,…,w_m)表示权值向量，x·w表示输入向量和权值向量的内积计算，t表示第1量子寄存器的比特个数，π表示圆周率约为3.14，R_Y()表示量子比特绕着Y轴旋转的单比特旋转门，R_Y(f(x·w)×π/2^t)表示量子比特绕着Y轴旋转的角度为f(x·w)×π/2^t，f(x·w)表示关于内积x·w的任意非线性激活函数，|0〉表示量子态初始态；n表示将输入向量(x₁,x₂,…,x_m)^T编码为量子态|x〉所使用的量子比特数；m表示向量的维度；

构建非线性激活函数的量子线路模型；

构建非线性激活函数的量子线路模型采用3个量子寄存器，第2和第3量子寄存器由量子态出发，经过一个量子计算模型U_x；w，得到具备叠加性质或者纠缠性质的量子态其中：表示复数域空间n表示第3量子寄存器的比特数；a表示第2量子寄存器的比特数；

经过量子计算模型U_x；w后，第2量子寄存器输出量子态表示复数域空间g(x·w)是关于x·w的双射函数，|g(x·w)表示g(x·w)的量子态；构造酉矩阵O_f，酉矩阵作用是将一个相位添加到|y上，O_f的显示表达式如下：

其中：i表示复数空间的虚数单位，g^-1(y)＝x·w，y|表示量子态|y的左矢，|yy|表示量子态的外积计算；

第1量子寄存器由量子态出发，经过门后处于等权叠加态，H表示Hadamard门；在量子傅里叶逆变换QFT^-1之后，第1量子寄存器得到量子态|F，F∈[0,2^t)是对任意非线性激活函数的二进制近似F≈f(x·w)，其误差δ小于或等于误差上界1/2^t+1；

构建整个量子神经元的线路模型。

2.根据权利要求1所述的量子系统，其特征在于，权值向量w＝(w₁,w₂,…,w_m)编码为量子态或者以相移门线路参数的形式存在于线路结构中，权值向量取决于输入向量编码到量子系统中的方式及量子计算模型。

3.根据权利要求1所述的量子系统，其特征在于，输入量子态以叠加态的形式输入。

4.根据权利要求1所述的量子系统，其特征在于，量子计算模型U_x；w的作用在于获得关于x·w的信息，U_x；w包含线性计算模型。

5.根据权利要求1所述的量子系统，其特征在于，构建整个量子神经元的线路模型，引入辅助比特|0作为第4量子寄存器，执行受控旋转R_Y(f(x·w)×π/2^t)，受控旋转的角度为关于x·w的任意非线性激活函数。