論文の概要: Hybrid Quantum Neural Network for Multivariate Clinical Time Series Forecasting
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.08072v1
- Date: Mon, 09 Mar 2026 08:08:57 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-10 15:13:15.687828
- Title: Hybrid Quantum Neural Network for Multivariate Clinical Time Series Forecasting
- Title（参考訳）: 多変量臨床時系列予測のためのハイブリッド量子ニューラルネットワーク
- Authors: Irene Iele, Floriano Caprio, Paolo Soda, Matteo Tortora,
- Abstract要約: 本稿では、リカレント神経バックボーン内に変分量子回路(VQC)を統合するハイブリッド量子古典アーキテクチャを提案する。
本稿では,BIDMC PPGとRespirationデータセットに関する提案手法について,Leave-One-Patient-Outプロトコルを用いて評価する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.273286181233646
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Forecasting physiological signals can support proactive monitoring and timely clinical intervention by anticipating critical changes in patient status. In this work, we address multivariate multi-horizon forecasting of physiological time series by jointly predicting heart rate, oxygen saturation, pulse rate, and respiratory rate at forecasting horizons of 15, 30, and 60 seconds. We propose a hybrid quantum-classical architecture that integrates a Variational Quantum Circuit (VQC) within a recurrent neural backbone. A GRU encoder summarizes the historical observation window into a latent representation, which is then projected into quantum angles used to parameterize the VQC. The quantum layer acts as a learnable non-linear feature mixer, modeling cross-variable interactions before the final prediction stage. We evaluate the proposed approach on the BIDMC PPG and Respiration dataset under a Leave-One-Patient-Out protocol. The results show competitive accuracy compared with classical and deep learning baselines, together with greater robustness to noise and missing inputs. These findings suggest that hybrid quantum layers can provide useful inductive biases for physiological time series forecasting in small-cohort clinical settings.
- Abstract（参考訳）: 生理的シグナルの予測は、患者の状態の重大な変化を予測することによって、積極的なモニタリングとタイムリーな臨床介入を支援することができる。
本研究では, 心拍数, 酸素飽和度, 脈拍数, 呼吸速度を15, 30, 60秒で同時予測することにより, 生理時系列の多変量マルチホライゾン予測を行う。
本稿では、リカレント神経バックボーン内に変分量子回路(VQC)を統合するハイブリッド量子古典アーキテクチャを提案する。
GRUエンコーダは、歴史的観測窓を潜在表現に要約し、VQCのパラメータ化に用いられる量子角に投影する。
量子層は学習可能な非線形特徴混合器として機能し、最終予測段階の前に異種相互作用をモデル化する。
本稿では,BIDMC PPGとRespirationデータセットに関する提案手法について,Leave-One-Patient-Outプロトコルを用いて評価する。
その結果,従来の学習ベースラインと深層学習ベースラインとの競争精度が向上し,ノイズや入力の欠落に対するロバスト性が向上した。
これらの結果から, ハイブリッド量子層は, 小規模臨床環境での生理的時系列予測に有用な誘導バイアスを与える可能性が示唆された。
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