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Predicting three-dimensional Chaotic Systems with Four Qubit Quantum Systems

Räth, Christoph und Steinegger, Joel und Gross, Vincent und Ma, Haochun (2025) Predicting three-dimensional Chaotic Systems with Four Qubit Quantum Systems. Dynamics Days Europe 2025, 2025-06-23 - 2025-06-27, Thessaloniki, Griechenland.

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Kurzfassung

Reservoir computing (RC) is among the most promising approaches for AI-based prediction models of complex systems. It combines superior prediction performance with very low CPU�needs for training. Recent results demonstrated that quantum systems are also well-suited as reservoirs in RC. Due to the exponential growth of the Hilbert space dimension obtained by increasing the number of quantum elements small quantum systems are already sufficient for time series prediction. Here, we demonstrate that three-dimensional complex systems can already well be predicted by quantum reservoir computing (QRC) with a quantum reservoir consisting of the minimal number of qubits necessary for this task, namely four. This is achieved by optimizing the encoding of the data, using spatial and temporal multiplexing and recently developed read-out-schemes that also involve higher exponents of the reservoir response. We outline, test and validate our approach using eight prototypical three-dimensional chaotic systems. Both, the short-term prediction and the reproduction of the long-term system behavior (the system’s “climate”) are feasible with the same setup of optimized hyperparameters. Our results may be a further step towards the realization of a dedicated small quantum computer for prediction tasks in the NISQ-era.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/215315/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Predicting three-dimensional Chaotic Systems with Four Qubit Quantum Systems
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Räth, ChristophChristoph.Raeth (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Steinegger, Joeljoel.steinegger (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gross, VincentLMUNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ma, HaochunLMUNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Juni 2025
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:AI, Prediction, Reservoir Computing, Quantencomputing, complex systems
Veranstaltungstitel:Dynamics Days Europe 2025
Veranstaltungsort:Thessaloniki, Griechenland
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:23 Juni 2025
Veranstaltungsende:27 Juni 2025
Veranstalter :Aristotle University of Thessaloniki
HGF - Forschungsbereich:keine Zuordnung
HGF - Programm:keine Zuordnung
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Quantencomputing-Initiative
DLR - Forschungsgebiet:QC AW - Anwendungen
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):QC - NeMoQC
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Materialphysik im Weltraum > Wissenschaftliche Experimente
Hinterlegt von: Räth, Christoph
Hinterlegt am:11 Aug 2025 12:31
Letzte Änderung:11 Aug 2025 12:31

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