Rejoignez TensorFlow à Google I/O, du 11 au 12 mai. Inscrivez-vous maintenant

Bruit

Voir sur TensorFlow.org Exécuter dans Google Colab Voir la source sur GitHub Télécharger le cahier

Le bruit est présent dans les ordinateurs quantiques modernes. Qubits sont sensibles aux interférences de l'environnement, la fabrication imparfaite, TLS et parfois même des rayons gamma . Jusqu'à ce qu'une correction d'erreurs à grande échelle soit atteinte, les algorithmes d'aujourd'hui doivent pouvoir rester fonctionnels en présence de bruit. Cela fait du test d'algorithmes sous bruit une étape importante pour valider les algorithmes/modèles quantiques qui fonctionneront sur les ordinateurs quantiques d'aujourd'hui.

Dans ce tutoriel , vous découvrirez les bases de la simulation de circuit bruyant TFQ par le haut niveau tfq.layers API.

Installer

pip install tensorflow==2.4.1 tensorflow-quantum
pip install -q git+https://github.com/tensorflow/docs
# Update package resources to account for version changes.
import importlib, pkg_resources
importlib.reload(pkg_resources)
<module 'pkg_resources' from '/tmpfs/src/tf_docs_env/lib/python3.7/site-packages/pkg_resources/__init__.py'>
import random
import cirq
import sympy
import tensorflow_quantum as tfq
import tensorflow as tf
import numpy as np
# Plotting
import matplotlib.pyplot as plt
import tensorflow_docs as tfdocs
import tensorflow_docs.plots
2021-10-12 11:23:10.079578: E tensorflow/stream_executor/cuda/cuda_driver.cc:328] failed call to cuInit: CUDA_ERROR_NO_DEVICE: no CUDA-capable device is detected

1. Comprendre le bruit quantique

1.1 Bruit du circuit de base

Le bruit sur un ordinateur quantique a un impact sur les échantillons de chaînes de bits que vous pouvez mesurer à partir de celui-ci. Une façon intuitive de commencer à y penser est qu'un ordinateur quantique bruyant « insérera », « supprimera » ou « remplacera » des portes à des endroits aléatoires comme le diagramme ci-dessous :

S'appuyant sur cette intuition, en traitant avec le bruit, vous n'utilisez un seul état pur \(|\psi \rangle\) , mais au lieu d'un traitement ensemble de toutes les réalisations possibles bruyantes de votre circuit souhaité: \(\rho = \sum_j p_j |\psi_j \rangle \langle \psi_j |\) . Où \(p_j\) donne la probabilité que le système est en \(|\psi_j \rangle\) .

En reprenant l'image ci-dessus, si nous savions à l'avance que 90% du temps notre système s'est parfaitement exécuté, ou s'est trompé 10% du temps avec ce seul mode de défaillance, alors notre ensemble serait :

\(\rho = 0.9 |\psi_\text{desired} \rangle \langle \psi_\text{desired}| + 0.1 |\psi_\text{noisy} \rangle \langle \psi_\text{noisy}| \)

S'il y avait plus d'une façon que notre circuit pourrait erreur, l'ensemble \(\rho\) contiendrait plus que deux termes (un pour chaque nouvelle réalisation bruyante qui pourrait se produire). \(\rho\) est appelée la matrice de densité décrivant votre système bruyant.

1.2 Utilisation de canaux pour modéliser le bruit de circuit

Malheureusement, dans la pratique, il est presque impossible de connaître toutes les erreurs possibles de votre circuit et leurs probabilités exactes. Une hypothèse simplificatrice que vous pouvez faire est que , après chaque opération dans votre circuit il y a une sorte de canal qui à peu près comment cette opération capture pourrait l' erreur. Vous pouvez rapidement créer un circuit avec du bruit :

def x_circuit(qubits):
  """Produces an X wall circuit on `qubits`."""
  return cirq.Circuit(cirq.X.on_each(*qubits))

def make_noisy(circuit, p):
  """Add a depolarization channel to all qubits in `circuit` before measurement."""
  return circuit + cirq.Circuit(cirq.depolarize(p).on_each(*circuit.all_qubits()))

my_qubits = cirq.GridQubit.rect(1, 2)
my_circuit = x_circuit(my_qubits)
my_noisy_circuit = make_noisy(my_circuit, 0.5)
my_circuit
my_noisy_circuit

Vous pouvez examiner la matrice de densité sans bruit \(\rho\) avec:

rho = cirq.final_density_matrix(my_circuit)
np.round(rho, 3)
array([[0.+0.j, 0.+0.j, 0.+0.j, 0.+0.j],
       [0.+0.j, 0.+0.j, 0.+0.j, 0.+0.j],
       [0.+0.j, 0.+0.j, 0.+0.j, 0.+0.j],
       [0.+0.j, 0.+0.j, 0.+0.j, 1.+0.j]], dtype=complex64)

Et la matrice de densité bruyante \(\rho\) avec:

rho = cirq.final_density_matrix(my_noisy_circuit)
np.round(rho, 3)
array([[0.111+0.j, 0.   +0.j, 0.   +0.j, 0.   +0.j],
       [0.   +0.j, 0.222+0.j, 0.   +0.j, 0.   +0.j],
       [0.   +0.j, 0.   +0.j, 0.222+0.j, 0.   +0.j],
       [0.   +0.j, 0.   +0.j, 0.   +0.j, 0.444+0.j]], dtype=complex64)

En comparant les deux différents \( \rho \) « vous pouvez voir est que le bruit a eu un impact les amplitudes de l'état (et les probabilités d' échantillonnage en conséquence). Dans le cas sans bruit que vous attendez toujours goûter à la \( |11\rangle \) état. Mais dans l'état bruyant , il est maintenant une probabilité non nulle d'échantillonnage \( |00\rangle \) ou \( |01\rangle \) ou \( |10\rangle \) ainsi:

"""Sample from my_noisy_circuit."""
def plot_samples(circuit):
  samples = cirq.sample(circuit + cirq.measure(*circuit.all_qubits(), key='bits'), repetitions=1000)
  freqs, _ = np.histogram(samples.data['bits'], bins=[i+0.01 for i in range(-1,2** len(my_qubits))])
  plt.figure(figsize=(10,5))
  plt.title('Noisy Circuit Sampling')
  plt.xlabel('Bitstring')
  plt.ylabel('Frequency')
  plt.bar([i for i in range(2** len(my_qubits))], freqs, tick_label=['00','01','10','11'])

plot_samples(my_noisy_circuit)

png

Sans bruit que vous obtiendrez toujours \(|11\rangle\):

"""Sample from my_circuit."""
plot_samples(my_circuit)

png

Si vous augmentez le bruit un peu plus loin , il deviendra de plus en plus difficile de distinguer le comportement souhaité (échantillonnage \(|11\rangle\) ) du bruit:

my_really_noisy_circuit = make_noisy(my_circuit, 0.75)
plot_samples(my_really_noisy_circuit)

png

2. Bruit de base dans TFQ

Avec cette compréhension de l'impact du bruit sur l'exécution du circuit, vous pouvez explorer le fonctionnement du bruit dans TFQ. TensorFlow Quantum utilise la simulation basée sur monte-carlo/trajectoire comme alternative à la simulation matricielle de densité. En effet, la complexité de la mémoire de la simulation matricielle de densité limite les grandes simulations à <= 20 qubits avec les méthodes traditionnelles de simulation matricielle pleine densité. Monte-carlo / trajectoire troque ce coût en mémoire contre un surcoût dans le temps. Le backend='noisy' - tfq.layers.Sample tfq.layers.SampledExpectation tfq.layers.Expectation Expectation repetitions backend='noisy' option disponible pour tous tfq.layers.Sample , tfq.layers.SampledExpectation et tfq.layers.Expectation (Dans le cas d' Expectation cela n'ajoute une nécessaire repetitions paramètre).

2.1 Échantillonnage bruité dans TFQ

Pour recréer les parcelles ci - dessus à l' aide de la simulation et de la trajectoire TFQ vous pouvez utiliser tfq.layers.Sample

"""Draw bitstring samples from `my_noisy_circuit`"""
bitstrings = tfq.layers.Sample(backend='noisy')(my_noisy_circuit, repetitions=1000)
numeric_values = np.einsum('ijk,k->ij', bitstrings.to_tensor().numpy(), [1, 2])[0]
freqs, _ = np.histogram(numeric_values, bins=[i+0.01 for i in range(-1,2** len(my_qubits))])
plt.figure(figsize=(10,5))
plt.title('Noisy Circuit Sampling')
plt.xlabel('Bitstring')
plt.ylabel('Frequency')
plt.bar([i for i in range(2** len(my_qubits))], freqs, tick_label=['00','01','10','11'])
<BarContainer object of 4 artists>

png

2.2 Attente basée sur un échantillon bruyant

Pour ce faire , le calcul de l' attente sur la base de l' échantillon bruyant , vous pouvez utiliser tfq.layers.SampleExpectation :

some_observables = [cirq.X(my_qubits[0]), cirq.Z(my_qubits[0]), 3.0 * cirq.Y(my_qubits[1]) + 1]
some_observables
[cirq.X(cirq.GridQubit(0, 0)),
 cirq.Z(cirq.GridQubit(0, 0)),
 cirq.PauliSum(cirq.LinearDict({frozenset({(cirq.GridQubit(0, 1), cirq.Y)}): (3+0j), frozenset(): (1+0j)}))]

Calculez les estimations d'attente sans bruit via l'échantillonnage du circuit :

noiseless_sampled_expectation = tfq.layers.SampledExpectation(backend='noiseless')(
    my_circuit, operators=some_observables, repetitions=10000
)
noiseless_sampled_expectation.numpy()
array([[ 0.0076, -1.    ,  0.9796]], dtype=float32)

Comparez-les avec les versions bruyantes :

noisy_sampled_expectation = tfq.layers.SampledExpectation(backend='noisy')(
    [my_noisy_circuit, my_really_noisy_circuit], operators=some_observables, repetitions=10000
)
noisy_sampled_expectation.numpy()
array([[ 0.0208    , -0.32099998,  1.0731999 ],
       [-0.0126    ,  0.0062    ,  1.012     ]], dtype=float32)

Vous pouvez voir que le bruit a particulièrement impacté le \(\langle \psi | Z | \psi \rangle\) précision, avec my_really_noisy_circuit se concentrant très rapidement vers 0.

2.3 Calcul de l'espérance analytique bruyante

Faire des calculs d'attente analytique bruyants est presque identique à ci-dessus :

noiseless_analytic_expectation = tfq.layers.Expectation(backend='noiseless')(
    my_circuit, operators=some_observables
)
noiseless_analytic_expectation.numpy()
array([[ 1.9106853e-15, -1.0000000e+00,  1.0000002e+00]], dtype=float32)
noisy_analytic_expectation = tfq.layers.Expectation(backend='noisy')(
    [my_noisy_circuit, my_really_noisy_circuit], operators=some_observables, repetitions=10000
)
noisy_analytic_expectation.numpy()
array([[ 1.9106853e-15, -3.2819998e-01,  1.0000000e+00],
       [ 1.9106855e-15,  1.3200002e-02,  1.0000000e+00]], dtype=float32)

3. Modèles hybrides et bruit de données quantiques

Maintenant que vous avez implémenté des simulations de circuits bruyants dans TFQ, vous pouvez expérimenter l'impact du bruit sur les modèles classiques quantiques et hybrides quantiques, en comparant et en contrastant leurs performances avec bruit et sans bruit. Une bonne première vérification pour voir si un modèle ou un algorithme est robuste au bruit consiste à tester sous un modèle de dépolarisation à l'échelle du circuit qui ressemble à ceci :

Où chaque tranche de temps du circuit (parfois appelée moment) a un canal de dépolarisation ajouté après chaque opération de porte dans cette tranche de temps. Le canal dépolarisants d'appliquer l' une des \(\{X, Y, Z \}\) avec une probabilité \(p\) ou appliquer rien (gardez l'opération d' origine) avec une probabilité \(1-p\).

3.1 Données

Pour cet exemple , vous pouvez utiliser des circuits préparés dans le tfq.datasets module comme données de formation:

qubits = cirq.GridQubit.rect(1, 8)
circuits, labels, pauli_sums, _ = tfq.datasets.xxz_chain(qubits, 'closed')
circuits[0]
Downloading data from https://storage.googleapis.com/download.tensorflow.org/data/quantum/spin_systems/XXZ_chain.zip 
184451072/184449737 [==============================] - 1s 0us/step

L'écriture d'une petite fonction d'assistance aidera à générer les données pour le cas bruyant vs sans bruit :

def get_data(qubits, depolarize_p=0.):
  """Return quantum data circuits and labels in `tf.Tensor` form."""
  circuits, labels, pauli_sums, _ = tfq.datasets.xxz_chain(qubits, 'closed')
  if depolarize_p >= 1e-5:
    circuits = [circuit.with_noise(cirq.depolarize(depolarize_p)) for circuit in circuits]
  tmp = list(zip(circuits, labels))
  random.shuffle(tmp)
  circuits_tensor = tfq.convert_to_tensor([x[0] for x in tmp])
  labels_tensor = tf.convert_to_tensor([x[1] for x in tmp])

  return circuits_tensor, labels_tensor

3.2 Définir un circuit modèle

Maintenant que vous avez des données quantiques sous forme de circuits, vous aurez besoin d'un circuit pour modéliser ces données, comme avec les données vous pouvez écrire une fonction d'assistance pour générer ce circuit contenant éventuellement du bruit :

def modelling_circuit(qubits, depth, depolarize_p=0.):
  """A simple classifier circuit."""
  dim = len(qubits)
  ret = cirq.Circuit(cirq.H.on_each(*qubits))

  for i in range(depth):
    # Entangle layer.
    ret += cirq.Circuit(cirq.CX(q1, q2) for (q1, q2) in zip(qubits[::2], qubits[1::2]))
    ret += cirq.Circuit(cirq.CX(q1, q2) for (q1, q2) in zip(qubits[1::2], qubits[2::2]))
    # Learnable rotation layer.
    # i_params = sympy.symbols(f'layer-{i}-0:{dim}')
    param = sympy.Symbol(f'layer-{i}')
    single_qb = cirq.X
    if i % 2 == 1:
      single_qb = cirq.Y
    ret += cirq.Circuit(single_qb(q) ** param for q in qubits)

  if depolarize_p >= 1e-5:
    ret = ret.with_noise(cirq.depolarize(depolarize_p))

  return ret, [op(q) for q in qubits for op in [cirq.X, cirq.Y, cirq.Z]]

modelling_circuit(qubits, 3)[0]

3.3 Construction de modèles et formation

Avec vos données et le circuit de modèle construit, la fonction d'assistance finale , vous aurez besoin est celui qui peut monter à la fois un bruit ou un hybride quantique sans bruit tf.keras.Model :

def build_keras_model(qubits, depolarize_p=0.):
  """Prepare a noisy hybrid quantum classical Keras model."""
  spin_input = tf.keras.Input(shape=(), dtype=tf.dtypes.string)

  circuit_and_readout = modelling_circuit(qubits, 4, depolarize_p)
  if depolarize_p >= 1e-5:
    quantum_model = tfq.layers.NoisyPQC(*circuit_and_readout, sample_based=False, repetitions=10)(spin_input)
  else:
    quantum_model = tfq.layers.PQC(*circuit_and_readout)(spin_input)

  intermediate = tf.keras.layers.Dense(4, activation='sigmoid')(quantum_model)
  post_process = tf.keras.layers.Dense(1)(intermediate)

  return tf.keras.Model(inputs=[spin_input], outputs=[post_process])

4. Comparez les performances

4.1 Ligne de base silencieuse

Avec votre génération de données et votre code de construction de modèle, vous pouvez maintenant comparer et contraster les performances du modèle dans les paramètres silencieux et bruyant, vous pouvez d'abord exécuter une formation sans bruit de référence :

training_histories = dict()
depolarize_p = 0.
n_epochs = 50
phase_classifier = build_keras_model(qubits, depolarize_p)

phase_classifier.compile(optimizer=tf.keras.optimizers.Adam(learning_rate=0.02),
                   loss=tf.keras.losses.BinaryCrossentropy(from_logits=True),
                   metrics=['accuracy'])


# Show the keras plot of the model
tf.keras.utils.plot_model(phase_classifier, show_shapes=True, dpi=70)

png

noiseless_data, noiseless_labels = get_data(qubits, depolarize_p)
training_histories['noiseless'] = phase_classifier.fit(x=noiseless_data,
                         y=noiseless_labels,
                         batch_size=16,
                         epochs=n_epochs,
                         validation_split=0.15,
                         verbose=1)
Epoch 1/50
4/4 [==============================] - 1s 218ms/step - loss: 0.7061 - accuracy: 0.5354 - val_loss: 0.6503 - val_accuracy: 0.6667
Epoch 2/50
4/4 [==============================] - 0s 86ms/step - loss: 0.6802 - accuracy: 0.5396 - val_loss: 0.6689 - val_accuracy: 0.6667
Epoch 3/50
4/4 [==============================] - 0s 83ms/step - loss: 0.6861 - accuracy: 0.4500 - val_loss: 0.6975 - val_accuracy: 0.6667
Epoch 4/50
4/4 [==============================] - 0s 82ms/step - loss: 0.6710 - accuracy: 0.4417 - val_loss: 0.7223 - val_accuracy: 0.6667
Epoch 5/50
4/4 [==============================] - 0s 82ms/step - loss: 0.6695 - accuracy: 0.4729 - val_loss: 0.7348 - val_accuracy: 0.6667
Epoch 6/50
4/4 [==============================] - 0s 80ms/step - loss: 0.6526 - accuracy: 0.6146 - val_loss: 0.7379 - val_accuracy: 0.9167
Epoch 7/50
4/4 [==============================] - 0s 80ms/step - loss: 0.6480 - accuracy: 0.7875 - val_loss: 0.7291 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 8/50
4/4 [==============================] - 0s 80ms/step - loss: 0.6365 - accuracy: 0.7771 - val_loss: 0.7116 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 9/50
4/4 [==============================] - 0s 78ms/step - loss: 0.6311 - accuracy: 0.7521 - val_loss: 0.6915 - val_accuracy: 0.9167
Epoch 10/50
4/4 [==============================] - 0s 79ms/step - loss: 0.6081 - accuracy: 0.7000 - val_loss: 0.6706 - val_accuracy: 0.9167
Epoch 11/50
4/4 [==============================] - 0s 86ms/step - loss: 0.6163 - accuracy: 0.6771 - val_loss: 0.6395 - val_accuracy: 0.8333
Epoch 12/50
4/4 [==============================] - 0s 83ms/step - loss: 0.5897 - accuracy: 0.6500 - val_loss: 0.6194 - val_accuracy: 0.8333
Epoch 13/50
4/4 [==============================] - 1s 148ms/step - loss: 0.5791 - accuracy: 0.6708 - val_loss: 0.6012 - val_accuracy: 0.9167
Epoch 14/50
4/4 [==============================] - 0s 83ms/step - loss: 0.5650 - accuracy: 0.6396 - val_loss: 0.5838 - val_accuracy: 0.9167
Epoch 15/50
4/4 [==============================] - 0s 87ms/step - loss: 0.5702 - accuracy: 0.7167 - val_loss: 0.5576 - val_accuracy: 0.9167
Epoch 16/50
4/4 [==============================] - 0s 89ms/step - loss: 0.5475 - accuracy: 0.6750 - val_loss: 0.5391 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 17/50
4/4 [==============================] - 0s 84ms/step - loss: 0.5346 - accuracy: 0.7146 - val_loss: 0.5167 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 18/50
4/4 [==============================] - 0s 92ms/step - loss: 0.5329 - accuracy: 0.7812 - val_loss: 0.4905 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 19/50
4/4 [==============================] - 0s 90ms/step - loss: 0.4863 - accuracy: 0.7708 - val_loss: 0.4731 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 20/50
4/4 [==============================] - 0s 88ms/step - loss: 0.4724 - accuracy: 0.7875 - val_loss: 0.4549 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 21/50
4/4 [==============================] - 0s 94ms/step - loss: 0.4780 - accuracy: 0.8396 - val_loss: 0.4301 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 22/50
4/4 [==============================] - 0s 85ms/step - loss: 0.4446 - accuracy: 0.8375 - val_loss: 0.4101 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 23/50
4/4 [==============================] - 0s 92ms/step - loss: 0.4458 - accuracy: 0.8396 - val_loss: 0.3863 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 24/50
4/4 [==============================] - 0s 93ms/step - loss: 0.4097 - accuracy: 0.8750 - val_loss: 0.3616 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 25/50
4/4 [==============================] - 0s 89ms/step - loss: 0.3907 - accuracy: 0.8750 - val_loss: 0.3410 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 26/50
4/4 [==============================] - 0s 91ms/step - loss: 0.3842 - accuracy: 0.8646 - val_loss: 0.3180 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 27/50
4/4 [==============================] - 0s 90ms/step - loss: 0.3509 - accuracy: 0.9062 - val_loss: 0.2951 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 28/50
4/4 [==============================] - 0s 91ms/step - loss: 0.3495 - accuracy: 0.8688 - val_loss: 0.2813 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 29/50
4/4 [==============================] - 0s 94ms/step - loss: 0.3393 - accuracy: 0.8917 - val_loss: 0.2606 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 30/50
4/4 [==============================] - 0s 92ms/step - loss: 0.3277 - accuracy: 0.8750 - val_loss: 0.2449 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 31/50
4/4 [==============================] - 0s 90ms/step - loss: 0.2935 - accuracy: 0.9292 - val_loss: 0.2331 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 32/50
4/4 [==============================] - 0s 91ms/step - loss: 0.2875 - accuracy: 0.9229 - val_loss: 0.2188 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 33/50
4/4 [==============================] - 0s 94ms/step - loss: 0.2820 - accuracy: 0.9354 - val_loss: 0.2049 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 34/50
4/4 [==============================] - 0s 93ms/step - loss: 0.2705 - accuracy: 0.8958 - val_loss: 0.1957 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 35/50
4/4 [==============================] - 0s 91ms/step - loss: 0.2499 - accuracy: 0.9500 - val_loss: 0.1832 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 36/50
4/4 [==============================] - 0s 92ms/step - loss: 0.2445 - accuracy: 0.9354 - val_loss: 0.1705 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 37/50
4/4 [==============================] - 0s 90ms/step - loss: 0.2533 - accuracy: 0.9437 - val_loss: 0.1623 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 38/50
4/4 [==============================] - 0s 96ms/step - loss: 0.2253 - accuracy: 0.9542 - val_loss: 0.1525 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 39/50
4/4 [==============================] - 0s 89ms/step - loss: 0.2189 - accuracy: 0.9646 - val_loss: 0.1425 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 40/50
4/4 [==============================] - 0s 95ms/step - loss: 0.2273 - accuracy: 0.9417 - val_loss: 0.1372 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 41/50
4/4 [==============================] - 0s 85ms/step - loss: 0.2346 - accuracy: 0.9437 - val_loss: 0.1325 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 42/50
4/4 [==============================] - 0s 96ms/step - loss: 0.2227 - accuracy: 0.9479 - val_loss: 0.1235 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 43/50
4/4 [==============================] - 1s 149ms/step - loss: 0.2134 - accuracy: 0.9437 - val_loss: 0.1192 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 44/50
4/4 [==============================] - 0s 85ms/step - loss: 0.2066 - accuracy: 0.9250 - val_loss: 0.1149 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 45/50
4/4 [==============================] - 0s 83ms/step - loss: 0.2168 - accuracy: 0.9375 - val_loss: 0.1095 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 46/50
4/4 [==============================] - 0s 84ms/step - loss: 0.1759 - accuracy: 0.9604 - val_loss: 0.1053 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 47/50
4/4 [==============================] - 0s 81ms/step - loss: 0.1850 - accuracy: 0.9833 - val_loss: 0.0980 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 48/50
4/4 [==============================] - 0s 81ms/step - loss: 0.1910 - accuracy: 0.9479 - val_loss: 0.0913 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 49/50
4/4 [==============================] - 0s 80ms/step - loss: 0.1698 - accuracy: 0.9250 - val_loss: 0.0911 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 50/50
4/4 [==============================] - 0s 83ms/step - loss: 0.1698 - accuracy: 0.9542 - val_loss: 0.0855 - val_accuracy: 1.0000

Et explorez les résultats et la précision :

loss_plotter = tfdocs.plots.HistoryPlotter(metric = 'loss', smoothing_std=10)
loss_plotter.plot(training_histories)

png

acc_plotter = tfdocs.plots.HistoryPlotter(metric = 'accuracy', smoothing_std=10)
acc_plotter.plot(training_histories)

png

4.2 Comparaison du bruit

Vous pouvez maintenant créer un nouveau modèle avec une structure bruyante et comparer à ce qui précède, le code est presque identique :

depolarize_p = 0.001
n_epochs = 50
noisy_phase_classifier = build_keras_model(qubits, depolarize_p)

noisy_phase_classifier.compile(optimizer=tf.keras.optimizers.Adam(learning_rate=0.02),
                   loss=tf.keras.losses.BinaryCrossentropy(from_logits=True),
                   metrics=['accuracy'])


# Show the keras plot of the model
tf.keras.utils.plot_model(noisy_phase_classifier, show_shapes=True, dpi=70)

png

noisy_data, noisy_labels = get_data(qubits, depolarize_p)
training_histories['noisy'] = noisy_phase_classifier.fit(x=noisy_data,
                         y=noisy_labels,
                         batch_size=16,
                         epochs=n_epochs,
                         validation_split=0.15,
                         verbose=1)
Epoch 1/50
4/4 [==============================] - 8s 2s/step - loss: 0.6710 - accuracy: 0.3771 - val_loss: 0.8007 - val_accuracy: 0.7500
Epoch 2/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.6745 - accuracy: 0.4271 - val_loss: 0.7787 - val_accuracy: 0.7500
Epoch 3/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.6698 - accuracy: 0.4354 - val_loss: 0.7603 - val_accuracy: 0.7500
Epoch 4/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.6528 - accuracy: 0.4083 - val_loss: 0.7550 - val_accuracy: 0.7500
Epoch 5/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.6535 - accuracy: 0.4313 - val_loss: 0.7370 - val_accuracy: 0.8333
Epoch 6/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.6445 - accuracy: 0.4979 - val_loss: 0.7201 - val_accuracy: 0.8333
Epoch 7/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.6333 - accuracy: 0.4917 - val_loss: 0.7185 - val_accuracy: 0.8333
Epoch 8/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.6152 - accuracy: 0.5854 - val_loss: 0.6988 - val_accuracy: 0.9167
Epoch 9/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.5806 - accuracy: 0.6562 - val_loss: 0.6805 - val_accuracy: 0.9167
Epoch 10/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.5872 - accuracy: 0.6854 - val_loss: 0.6599 - val_accuracy: 0.9167
Epoch 11/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.5753 - accuracy: 0.7875 - val_loss: 0.6401 - val_accuracy: 0.9167
Epoch 12/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.5682 - accuracy: 0.8354 - val_loss: 0.6097 - val_accuracy: 0.9167
Epoch 13/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.5380 - accuracy: 0.8396 - val_loss: 0.5732 - val_accuracy: 0.9167
Epoch 14/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.5061 - accuracy: 0.7708 - val_loss: 0.5657 - val_accuracy: 0.9167
Epoch 15/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.5043 - accuracy: 0.8604 - val_loss: 0.5254 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 16/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.4795 - accuracy: 0.8708 - val_loss: 0.4805 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 17/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.4456 - accuracy: 0.8000 - val_loss: 0.4539 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 18/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.4512 - accuracy: 0.9021 - val_loss: 0.4331 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 19/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.4210 - accuracy: 0.8688 - val_loss: 0.4411 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 20/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.4167 - accuracy: 0.8646 - val_loss: 0.3781 - val_accuracy: 0.9167
Epoch 21/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.3550 - accuracy: 0.9375 - val_loss: 0.3492 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 22/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.3720 - accuracy: 0.9000 - val_loss: 0.3550 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 23/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.3251 - accuracy: 0.9292 - val_loss: 0.3234 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 24/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.3264 - accuracy: 0.9333 - val_loss: 0.2942 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 25/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.2937 - accuracy: 0.9125 - val_loss: 0.3439 - val_accuracy: 0.9167
Epoch 26/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.2798 - accuracy: 0.9250 - val_loss: 0.2842 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 27/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.2835 - accuracy: 0.9479 - val_loss: 0.2385 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 28/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.2610 - accuracy: 0.9417 - val_loss: 0.2352 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 29/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.2916 - accuracy: 0.8875 - val_loss: 0.2221 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 30/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.2620 - accuracy: 0.9417 - val_loss: 0.2054 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 31/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.2015 - accuracy: 0.9417 - val_loss: 0.2074 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 32/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.2462 - accuracy: 0.9292 - val_loss: 0.1961 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 33/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.2042 - accuracy: 0.9938 - val_loss: 0.1820 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 34/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.1951 - accuracy: 0.9667 - val_loss: 0.1748 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 35/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.2175 - accuracy: 0.9271 - val_loss: 0.1628 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 36/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.1792 - accuracy: 0.9563 - val_loss: 0.1569 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 37/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.1809 - accuracy: 0.9229 - val_loss: 0.1613 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 38/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.1747 - accuracy: 0.9313 - val_loss: 0.1622 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 39/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.1588 - accuracy: 1.0000 - val_loss: 0.1483 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 40/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.1709 - accuracy: 0.9437 - val_loss: 0.1428 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 41/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.1743 - accuracy: 0.9563 - val_loss: 0.1420 - val_accuracy: 0.9167
Epoch 42/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.2167 - accuracy: 0.9021 - val_loss: 0.1526 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 43/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.1694 - accuracy: 0.9271 - val_loss: 0.1315 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 44/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.1597 - accuracy: 0.9646 - val_loss: 0.1601 - val_accuracy: 0.9167
Epoch 45/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.1764 - accuracy: 0.9437 - val_loss: 0.1094 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 46/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.1582 - accuracy: 0.9542 - val_loss: 0.1403 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 47/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.1879 - accuracy: 0.9542 - val_loss: 0.0674 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 48/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.1812 - accuracy: 0.9708 - val_loss: 0.0751 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 49/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.1231 - accuracy: 0.9875 - val_loss: 0.1512 - val_accuracy: 1.0000
Epoch 50/50
4/4 [==============================] - 7s 2s/step - loss: 0.1537 - accuracy: 0.9292 - val_loss: 0.0958 - val_accuracy: 1.0000
loss_plotter.plot(training_histories)

png

acc_plotter.plot(training_histories)

png