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O ruído está presente nos computadores quânticos modernos. Qubits são susceptíveis a interferência a partir do ambiente circundante, fabricação imperfeita, TLS e, por vezes, até mesmo os raios gama . Até que a correção de erros em grande escala seja alcançada, os algoritmos de hoje devem ser capazes de permanecer funcionais na presença de ruído. Isso torna o teste de algoritmos sob ruído uma etapa importante para validar algoritmos / modelos quânticos que funcionarão nos computadores quânticos de hoje.
Neste tutorial, você vai explorar os conceitos básicos de simulação de circuitos barulhento TFQ através do alto nível tfq.layers API.
Configurar
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. Compreendendo o ruído quântico
1.1 Ruído de circuito básico
O ruído em um computador quântico afeta as amostras de bitstring que você pode medir a partir dele. Uma maneira intuitiva de começar a pensar sobre isso é que um computador quântico barulhento irá "inserir", "excluir" ou "substituir" portas em lugares aleatórios como o diagrama abaixo:
Construindo fora desta intuição, quando se trata de ruído, você não está mais usando um único estado puro \(|\psi \rangle\) mas em vez lidando com um conjunto de todas as possíveis realizações ruidosos de seu circuito desejado: \(\rho = \sum_j p_j |\psi_j \rangle \langle \psi_j |\) . Onde \(p_j\) dá a probabilidade de que o sistema está em \(|\psi_j \rangle\) .
Revisitando a imagem acima, se soubéssemos de antemão que 90% do tempo nosso sistema executou perfeitamente, ou errou 10% do tempo apenas com este modo de falha, então nosso conjunto seria:
\(\rho = 0.9 |\psi_\text{desired} \rangle \langle \psi_\text{desired}| + 0.1 |\psi_\text{noisy} \rangle \langle \psi_\text{noisy}| \)
Se havia mais do que apenas uma maneira que nosso circuito poderia erro, então o conjunto \(\rho\) iria conter mais do que apenas dois termos (um para cada nova realização barulhento que poderia acontecer). \(\rho\) é referida como a matriz de densidade descrevendo seu sistema barulhento.
1.2 Usando canais para modelar o ruído do circuito
Infelizmente, na prática, é quase impossível saber todas as maneiras pelas quais seu circuito pode errar e suas probabilidades exatas. A hipótese simplificadora que você pode fazer é que, após cada operação em seu circuito há algum tipo de canal que cerca de capturas como essa operação pode erro. Você pode criar rapidamente um circuito com algum ruído:
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
Você pode examinar a matriz densidade silencioso \(\rho\) com:
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)
E a matriz de densidade barulhento \(\rho\) com:
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)
Comparando os dois diferentes \( \rho \) é que você pode ver que o ruído tem impactado as amplitudes do Estado (e probabilidades consequentemente amostragem). No caso noiseless você sempre esperar para provar a \( |11\rangle \) estado. Mas no estado barulhento existe agora uma probabilidade não nula de amostragem \( |00\rangle \) ou \( |01\rangle \) ou \( |10\rangle \) assim:
"""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)
Sem qualquer ruído que você sempre vai ter \(|11\rangle\):
"""Sample from my_circuit."""
plot_samples(my_circuit)
Se você aumentar o ruído um pouco mais ele se tornará cada vez mais difícil distinguir o comportamento desejado (amostragem \(|11\rangle\) ) do barulho:
my_really_noisy_circuit = make_noisy(my_circuit, 0.75)
plot_samples(my_really_noisy_circuit)
2. Ruído básico em TFQ
Com essa compreensão de como o ruído pode afetar a execução do circuito, você pode explorar como o ruído funciona no TFQ. O TensorFlow Quantum usa simulação baseada em monte-carlo / trajetória como uma alternativa à simulação de matriz de densidade. Isso ocorre porque a complexidade da memória da simulação de matriz de densidade limita grandes simulações a <= 20 qubits com os métodos tradicionais de simulação de matriz de densidade. Monte-carlo / trajetória troca esse custo na memória por um custo adicional no tempo. O backend='noisy' opção disponível para todos tfq.layers.Sample , tfq.layers.SampledExpectation e tfq.layers.Expectation (No caso de Expectation isso adicionar um exigido repetitions parâmetro).
2.1 Amostragem ruidosa no TFQ
Para recriar as parcelas acima usando TFQ e trajetória de simulação você pode usar 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>
2.2 Expectativa baseada em amostra ruidosa
Para fazer amostra de cálculo expectativa barulhento com base você pode usar 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)}))]
Calcule as estimativas de expectativa silenciosa por meio de amostragem do circuito:
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)
Compare aqueles com as versões barulhentas:
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)
Você pode ver que o barulho foi particularmente afetado o \(\langle \psi | Z | \psi \rangle\) precisão, com my_really_noisy_circuit concentrar muito rapidamente na direção de 0.
2.3 Cálculo de expectativa analítica ruidosa
Fazer cálculos de expectativas analíticas ruidosas é quase idêntico ao anterior:
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. Modelos híbridos e ruído de dados quânticos
Agora que você implementou algumas simulações de circuito ruidoso no TFQ, você pode experimentar como o ruído impacta modelos quânticos e clássicos quânticos híbridos, comparando e contrastando seu desempenho ruidoso vs sem ruído. Uma boa primeira verificação para ver se um modelo ou algoritmo é robusto ao ruído é testar em um modelo de despolarização de todo o circuito que se parece com isto:
Onde cada fração de tempo do circuito (às vezes referida como momento) tem um canal de despolarização anexado após cada operação de porta nessa fração de tempo. O canal de despolarização com uma das aplicar \(\{X, Y, Z \}\) com probabilidade \(p\) ou aplique nada (manter a operação original) com probabilidade \(1-p\).
3.1 Dados
Para este exemplo, você pode usar alguns circuitos preparados na tfq.datasets módulo como dados de treinamento:
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
Escrever uma pequena função auxiliar ajudará a gerar os dados para o caso ruidoso vs sem ruído:
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 Definir um circuito modelo
Agora que você tem dados quânticos na forma de circuitos, precisará de um circuito para modelar esses dados, como com os dados, você pode escrever uma função auxiliar para gerar este circuito contendo opcionalmente ruído:
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 Construção de modelo e treinamento
Com os seus dados e circuito modelo construído, a função auxiliar final, você vai precisar é um que pode montar tanto um ruído ou um híbrido quantum silencioso 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. Compare o desempenho
4.1 Linha de base silenciosa
Com sua geração de dados e código de construção de modelo, agora você pode comparar e contrastar o desempenho do modelo nas configurações silenciosas e barulhentas, primeiro você pode executar um treinamento de referência sem ruído:
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)
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
E explore os resultados e a precisão:
loss_plotter = tfdocs.plots.HistoryPlotter(metric = 'loss', smoothing_std=10)
loss_plotter.plot(training_histories)
acc_plotter = tfdocs.plots.HistoryPlotter(metric = 'accuracy', smoothing_std=10)
acc_plotter.plot(training_histories)
4.2 Comparação ruidosa
Agora você pode construir um novo modelo com estrutura barulhenta e comparar com o anterior, o código é quase idêntico:
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)
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)
acc_plotter.plot(training_histories)
