A Fusion of Supervised Contrastive Learning and Variational Quantum Classifiers

计算机科学 降维 人工智能 主成分分析 机器学习 一般化 领域(数学分析) 维数之咒 模式识别(心理学) 数学 数学分析
作者
Asitha Kottahachchi Kankanamge Don,Ibrahim Khalil,Mohammed Atiquzzaman
出处
期刊:IEEE Transactions on Consumer Electronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:70 (1): 770-779 被引量:8
标识
DOI:10.1109/tce.2024.3351649
摘要

In medical applications, machine learning often grapples with limited training data. Classical self-supervised deep learning techniques have been helpful in this domain, but these algorithms have yet to achieve the required accuracy for medical use. Recently quantum algorithms show promise in handling complex patterns with small datasets. To address this challenge, this study presents a novel solution that combines self-supervised learning with Variational Quantum Classifiers (VQC) and utilizes Principal Component Analysis (PCA) as the dimensionality reduction technique. This unique approach ensures generalization even with a small training dataset while preserving data privacy, a vital consideration in medical applications. PCA is effectively utilized for dimensionality reduction, enabling VQC to operate with just 2 Q-bits, overcoming current quantum hardware limitations, and gaining an advantage over classical methods. The proposed model was benchmarked against linear classification models using diverse public image datasets to validate its effectiveness. The results demonstrate remarkable accuracy, with achievements of 90% on PneumoniaMNIST, 90% on BreastMNIST, 80% on PathMNIST, and 80% on ChestMNIST medical datasets. Additionally, for non-medical datasets, the model attained 85% on Hymenoptera Ants & Bees and 90% on the Kaggle Cats & Dogs dataset.
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