論文の概要: Hybrid quantum-classical convolutional neural network for phytoplankton classification

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.03707v1
• Date: Tue, 7 Mar 2023 07:42:37 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2023-03-08 16:07:55.443763
• Title: Hybrid quantum-classical convolutional neural network for phytoplankton classification
• Title（参考訳）: 植物プランクトン分類のためのハイブリッド量子古典畳み込みニューラルネットワーク
• Authors: Shangshang Shi, Zhimin Wang, Ruimin Shang, Yanan Li, Jiaxin Li, Guoqiang Zhong, and Yongjian Gu
• Abstract要約: 機械学習は植物プランクトン画像の分類を自動的に行う基本的な方法である。 近年,大規模データ処理の潜在的なソリューションとして量子機械学習が登場している。 本稿では,植物プランクトン分類のための量子深層ニューラルネットワークの実現可能性を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.249538660826985
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The taxonomic composition and abundance of phytoplankton, having direct impact on marine ecosystem dynamic and global environment change, are listed as essential ocean variables. Phytoplankton classification is very crucial for Phytoplankton analysis, but it is very difficult because of the huge amount and tiny volume of Phytoplankton. Machine learning is the principle way of performing phytoplankton image classification automatically. When carrying out large-scale research on the marine phytoplankton, the volume of data increases overwhelmingly and more powerful computational resources are required for the success of machine learning algorithms. Recently, quantum machine learning has emerged as the potential solution for large-scale data processing by harnessing the exponentially computational power of quantum computer. Here, for the first time, we demonstrate the feasibility of quantum deep neural networks for phytoplankton classification. Hybrid quantum-classical convolutional and residual neural networks are developed based on the classical architectures. These models make a proper balance between the limited function of the current quantum devices and the large size of phytoplankton images, which make it possible to perform phytoplankton classification on the near-term quantum computers. Better performance is obtained by the quantum-enhanced models against the classical counterparts. In particular, quantum models converge much faster than classical ones. The present quantum models are versatile, and can be applied for various tasks of image classification in the field of marine science.
• Abstract（参考訳）: 海洋生態系の動態と地球環境の変化に直接的な影響を与える植物プランクトンの分類学的組成と豊富さを,本質的な海洋変数として挙げる。 植物プランクトン分類は植物プランクトン分析において非常に重要であるが、植物プランクトンの量と少量の量のために非常に難しい。 機械学習は植物プランクトン画像の分類を自動的に行う基本的な方法である。 海洋植物プランクトンに関する大規模研究を行う場合、データ量は圧倒的に増加し、より強力な計算資源が機械学習アルゴリズムの成功に必要となる。 近年,量子コンピュータの指数計算能力を利用した大規模データ処理の潜在的なソリューションとして量子機械学習が登場している。 ここでは,植物プランクトン分類のための量子深層ニューラルネットワークの実現可能性を示す。 量子古典的畳み込みと残差ニューラルネットワークは古典的アーキテクチャに基づいて開発された。 これらのモデルは、現在の量子装置の限られた機能と植物プランクトン画像の大きさの適切なバランスを保ち、短期量子コンピュータ上で植物プランクトン分類を行うことができる。 量子化モデルによって古典的モデルに対してより良い性能が得られる。 特に量子モデルは古典的モデルよりもはるかに高速に収束する。 現在の量子モデルは多用途であり、海洋科学の分野における画像分類の様々なタスクに応用することができる。

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