論文の概要: Quantum-Enhanced Recurrent Neural Networks via Variational Quantum Gating for Battery State of Health Prediction

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.20438v1
• Date: Wed, 22 Apr 2026 10:57:17 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-23 15:36:11.095816
• Title: Quantum-Enhanced Recurrent Neural Networks via Variational Quantum Gating for Battery State of Health Prediction
• Title（参考訳）: 変分量子ゲーティングによるリカレントニューラルネットワークによる健康予測のバッテリ状態
• Abstract要約: 本稿では,量子回路をメモリネットワークのゲーティング機構に組み込む,QLSTMと呼ばれる量子増幅リカレントフレームワークを提案する。 複数のベンチマークバッテリデータセットに対する大規模な実験により、QLSTMは予測精度とロバスト性の両方で古典的なシーケンスモデルより一貫して優れていることが示された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 23.56186537390704
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Accurate state-of-health (SOH) estimation for lithium-ion batteries remains a challenging problem due to complex electrochemical degradation mechanisms and long-range temporal dependencies. In this work, we propose a quantum-enhanced recurrent framework, termed QLSTM, in which variational quantum circuits are directly embedded into the gating mechanisms of long short-term memory networks. By replacing classical affine transformations with parameterized unitary operations, the proposed model introduces structured nonlinear transformations into the recurrent state-transition process. Extensive experiments on multiple benchmark battery datasets demonstrate that QLSTM consistently outperforms classical sequence models in both predictive accuracy and robustness, achieving significant reductions in mean absolute error (MAE), with improvements on the order of 20% compared with classical LSTM baselines. Ablation studies further confirm that these improvements arise primarily from quantum-enhanced gating rather than input-level transformations. Additional analyses on qubit scaling and noise robustness reveal that model performance is governed by a balance between expressive capacity and trainability. These results provide empirical evidence that embedding quantum computational primitives within recurrent architectures offers a structurally grounded approach to improving sequence modeling capability. The proposed framework establishes a new design paradigm for integrating quantum operators into temporal learning models, with potential applications in complex dynamical system prediction tasks.
• Abstract（参考訳）: リチウムイオン電池の高精度状態(SOH)推定は、複雑な電気化学的劣化機構と長距離時間依存性のために難しい問題である。 本研究では,長期記憶ネットワークのゲーティング機構に直接量子回路を組み込むQLSTMという,量子を増幅したリカレントフレームワークを提案する。 古典的なアフィン変換をパラメータ化されたユニタリ演算に置き換えることにより、提案モデルは再帰状態遷移過程に構造化された非線形変換を導入する。 複数のベンチマークバッテリデータセットに対する大規模な実験により、QLSTMは予測精度とロバスト性の両方で古典的なシーケンスモデルより一貫して優れており、平均絶対誤差(MAE)が大幅に低減され、古典的なLSTMベースラインに比べて20%の順に改善されていることが示された。 アブレーション研究により、これらの改善は主に入力レベルの変換よりも量子的ゲーティングによるものであることが確認された。 量子ビットのスケーリングとノイズのロバスト性に関するさらなる分析により、モデル性能は表現能力と訓練性の間のバランスによって制御されていることが明らかになった。 これらの結果は、繰り返しアーキテクチャに量子計算プリミティブを埋め込むことが、シーケンスモデリング能力を改善するための構造的に基礎的なアプローチをもたらすという実証的な証拠を提供する。 提案フレームワークは、量子演算子を時間学習モデルに統合するための新しい設計パラダイムを確立し、複雑な力学系予測タスクに潜在的に応用する。

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