面向公用事业规模的多输出时间序列预测的混合量子-经典机器学习算法
多输出时间序列预测在能源系统中具有挑战性,原因在于非线性动力学、多尺度季节性以及相关序列间的强依赖性。本研究针对一个包含103户家庭用电时间序列的真实智能电表数据集,在 \(ibm\_marrakesh\) 超导量子处理器上执行实验,探究了两种用于多流时间序列预测的混合量子-经典框架。第一种模型为带重复测量的核化量子储层计算(KQRC-RM),该模型结合了耦合量子储层、辅助比特辅助重复测量以及核化读出,以联合建模时间动态与跨流相关性。对于3流时间序列输入与输出,使用114量子比特的KQRC-RM模型在MPS模拟器上达到0.0811的MAE(较其经典对应模型提升36.92%),而在硬件上性能下降至MAE为0.1524。第二种模型为投影量子核高斯过程(QGP),该模型用由局部约化态统计量构建的投影核替代了基于保真度的核。使用一个拓扑感知的100量子比特QGP模型预测100个多输出时间序列值时,研究人员观察到49%的时间序列输出实现了高精度预测(MAE < 0.15),该低误差组的平均MAE为0.082。中等误差区间(MAE 0.15-0.35)的平均MAE为0.229,而高误差区间(MAE > 0.35)的平均MAE为0.664。总体而言,相较于经典GP基线,该模型在MPS模拟器上将平均MAE降低了62.01%,在硬件上降低了40.37%。这些结果共同证明了在NISQ设备上,混合量子机器学习在100+量子比特规模下进行多输入多输出时间序列预测的可行性。
量科快讯
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