The high energy physics (HEP) community has a long history of dealing with large-scale datasets. To manage such voluminous data, classical machine learning and deep learning techniques have been employed to accelerate physics discovery. Recent advances in quantum machine learning (QML) have indicated the potential of applying these techniques in HEP. However, there are only limited results in QML applications currently available. In particular, the challenge of processing sparse data, common in HEP datasets, has not been extensively studied in QML models. This research provides a hybrid quantum-classical graph convolutional network (QGCNN) for learning HEP data. The proposed framework demonstrates an advantage over classical multilayer perceptron and convolutional neural networks in the aspect of number of parameters. Moreover, in terms of testing accuracy, the QGCNN shows comparable performance to a quantum convolutional neural network on the same HEP dataset while requiring less than $50\%$ of the parameters. Based on numerical simulation results, studying the application of graph convolutional operations and other QML models may prove promising in advancing HEP research and other scientific fields.


翻译:高能物理学(HEP)社区在处理大规模数据集方面有着悠久的历史。为了管理这类大量数据,采用了古典机器学习和深层学习技术来加速物理发现。量子机器学习(QML)最近的进展表明,在高能学会中应用这些技术的潜力有限。然而,目前在QML应用方面,只有有限的成果。特别是,在QML模型中,没有广泛研究处理高能物理学(HEP数据集中常见的稀疏数据的挑战。这一研究为学习高能实验数据提供了一个混合量子-古典图集网络(QGCNN) 。拟议的框架表明,在参数数量方面,优于古典多层透视和革命神经网络。此外,在测试精度方面,QGCNN显示,同一高能实验数据集的量子电神经网络的可比较性能,同时需要低于50美元的参数。根据数字模拟结果,研究图形革命操作和其他QML模型的应用可能证明在推进高能实验研究和其他科学领域方面很有希望。

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