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专利号: 2025100085614
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于量子图注意力网络的图分类方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,量子态制备:将图数据通过角度编码和振幅编码转化为用于量子计算的量子态;

步骤2,建立量子线性映射器,对于步骤1中角度编码得到的量子态,使用一组交替的可训练含参量子门和CNOT门组成一组酉门Ue来对量子态进行演化,其中CNOT门是双量子比特门,包括两个输入量子位,其中一个是控制量子位,另一个是目标量子位;

步骤3,建立量子图注意力层,在计算节点与节点之间的注意力系数时,将节点进行两两拼接,并迭代地输入到量子图注意力层中;

步骤4,设计软阈值注意力机制,将对目标节点影响小的节点视为噪声项进行剔除;

步骤5,进行图分类;

步骤2中,控制量子比特的状态决定了在目标量子比特上执行的操作,当控制量子位为|0>时,目标量子位保持不变,当控制量子位为|1>时,目标量子位翻转;CNOT门的矩阵表示为:建立量子线性映射器,所述量子线性映射器用于对量子态的演化,公式为:所述量子线性映射器包括n条量子线路,每条量子线路包括一个用于编码节点特征的含参y门和映射模块;

所述映射模块用于将编码的节点特征映射到希尔伯特空间,包括含参x门,CNOT门和含参y门,映射模块中的含参x门和含参y门的参数最开始由随机初始化得到,并通过交叉熵损失函数进行更新,映射模块中的CNOT门和含参y门重复两次以上;

对量子线性映射器的量子线路执行测量操作,对量子态进行观测,对于每条含有可调参数的量子线路,使用Z基投影测量对电路进行两次以上测量,并将测量结果转回经典特征T向量q=[q1,...,qi],从而得到了图节点特征在量子空间中的表示,其中qi表示第i个节点的特征向量,T表示转置;

步骤3包括:创建一个编码归一化节点拼接特征概率幅值

的量子态,其中 代表第i个拼接特征的概率幅值, 是振幅,目标量子态的参数定义为:λ(m,v)=Ω(2m,v‑1)‑Ω(m,v)                            (7),β(m,v)=η(2m,v‑1)/η(m,v)                           (8),其中,Ω(i,n)表示一个量子比在第i层对n维振幅的累加项,每个累加项 来自上一层的振幅信息,l是一个索引,振幅归一化因子 用于控制数据的大小,并确保量子计算的稳定性;η(i,n)表示一个量子比在第i层对n维振幅的总模长, 代表第((i‑n

1)2+l)维数据的模长;λ(m,v)表示相位变化的差值,β(m,v)代表量子位的旋转角度;

对于两个节点特征向量,首先分别进行振幅编码,得到目标量子态为:其中, 和 分别是|0>和|1>对应的振幅;

接着,对于两个节点特征向量hi和hj编码后的目标量子态,在辅助量子比特上使用一组新的含参旋转门和CSWAP门将两个节点的特征编码到一起:其中,|hi,j>是拼接节点特征向量的目标量子态,|ψ2i‑1,j‑1>和|ψ2i,j‑1>是通过公式(9)分别制备得到的两个目标量子态, 和 分别是|ψ2i‑1,j‑1>|ψ2i,j‑1>对应的振幅和|ψ21,j‑1>|ψ2i‑1,j‑1>对应的振幅。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤1中,所述角度编码是将n维节点特征数据映射到n个量子比特的方法,将节点特征数据使用含参y门旋转对应的角度,制备公式为:其中,|h>是目标量子态,|hi>是第i个原始节点特征向量hi对应的量子态, 表示两个n向量空间的张量积,Ry是含参y门,|0>是n个量子比特输入的初始态,G是图的节点数量。

3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,步骤1中,所述振幅编码是将n维经典数据n映射到log2个量子比特的方法,制备公式为:

其中,C表示归一化因子。

4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,步骤3还包括:设置一个超参数s来控制拼接的节点对数量,s的最大值由量子设备所能使用的最大量子比特数Sum_q决定,对应关系为:接着,拼接后的量子态经过酉门Ue计算节点间的关系,量子态演化为:|hi,j>=Ue2(θ2)Ue(|hi∥hj>)                      (12),其中Ue2(θ2)代表一个带有可训练参数的参数化量子线路,hi∥hj代表两个节点特征向量进行拼接操作;

通过两次以上Z基投影测量,得到关于两个节点的注意力系数测量值,表示为:其中,oi,j代表Z基投影测量得到的测量值,代表对第2i个拼接节点特征向量进行两次以上投影测量,测量值为|1>态的概率。

5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,步骤4包括:定义一个阈值λ,节点间的注意力系数表示为:T

其中, 是第i个节点对第j个节点的未归一化的注意力系数,a 是一组经典向量的转置;

剔除了噪声项后,将剩余的注意力系数进行归一化,表示为:其中exp表示自然指数函数;αij表示第i个节点和第j个节点的注意力系数, 表示第i个节点对第k个节点的未归一化的注意力系数, 表示节点特征向量hi的邻接节点集;

得到更新节点表示的公式为:

其中,hi 是更新后的节点特征向量,σ是激活函数;qj表示第j个节点对应的量子线性映射特征。

6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,步骤5包括:在得到了所有更新的节点特征′向量hi后,将所有节点特征向量做全局平均池化,将得到的向量输入全连接层,输出对分类标签的计算概率,得到对输入图的分类预测,并使用交叉熵损失函数计算与真实标签之间的误差,从而进行反向传播,更新梯度以优化参数。

7.一种电子设备,其特征在于,包括处理器和存储器,所述存储器存储有程序代码,当所述程序代码被所述处理器执行时,使得所述处理器执行如权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。

8.一种存储介质,其特征在于,存储有计算机程序或指令,当所述计算机程序或指令在计算机上运行时,执行如权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。