Vidros de spin e redes neurais: diagramas de fase das máquinas de Boltzmann clássicas e semiclássicas

dc.contributor.advisor1Villas-Boas, Celso Jorge
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5700887540085418por
dc.contributor.authorCarpio, Nicolás Armando Cabrera
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/8099896961289529por
dc.date.accessioned2024-10-29T19:06:16Z
dc.date.available2024-10-29T19:06:16Z
dc.date.issued2024-08-23
dc.description.abstractClassical and quantum Boltzmann machines have become useful models for complex systems in statistical physics, but also learning algorithms on neural networks and optimization problems outside of statistical physics. These stochastic neural networks embodying the Boltzmann distribution, are capable of learning and representing probability distributions over input data that enables them to capture the related correlations and dependencies inherent in the systems they represent. In this project, through a theoretical analysis based on the Replica and Suzuki Trotter methods, we study and compare the phase diagrams of the classical (in both architectures) and quantum Boltzmann machine, highlighting the fundamental similarities and differences between them. The two methods mentioned above allow us to make the semi classical approximation in which the correlations between the neurons are ignored, both classical and quantum. The phase diagrams of these machines are studied in order to provide deep insights into its equilibrium behaviour, showing how transitions between different network states depend on variations of some control parameters like temperature, transverse field (just for the quantum case), interaction energy (Synapses) or external field strength (bias), we focus in the effects of the bias which is important in the context of neural networks. In the case of a classical Boltzmann machine, these transitions are described by changes in terms of the temperature that is directly related with the transition probabilities between microscopic states; while for a quantum Boltzmann Machine, it is necessary consider additionally effects from the transverse field that allows quantum tunneling, coherence and superposition.eng
dc.description.resumoAs máquinas de Boltzmann clássicas e quânticas tornaram-se modelos úteis para sistemas complexos em física estatística, mas também como algoritmos de aprendizado em redes neurais e problemas de otimização fora da física estatística. Essas redes neurais estocásticas que incorporam a distribuição de Boltzmann são capazes de aprender e representar distribuições de probabilidade sobre os dados de entrada, o que lhes permite capturar as correlações e dependências relacionadas inerentes aos sistemas que representam. Neste projeto, por meio de uma análise teórica baseada nos métodos Réplica e Suzuki Trotter, estudamos e comparamos os diagramas de fase da máquina de Boltzmann clássica (em ambas arquiteturas) e quântica, destacando as semelhanças e diferenças fundamentais entre elas. Os dois métodos mencionados acima nos permitem fazer a aproximação semi clássica na qual são ignoradas as correlações entre os neurônios, tanto clássicos quanto quânticos. Os diagramas de fase dessas máquinas são estudados para fornecer percepções profundas sobre seu comportamento no equilíbrio, mostrando como as transições entre diferentes estados da rede dependem das variações de alguns parâmetros de controle, como temperatura, campo transversal (apenas para o caso quântico), energia de interação (sinapses) ou intensidade do campo externo (“bias”). No caso de uma máquina clássica de Boltzmann, essas transições são descritas por alterações em termos de temperatura, que está diretamente relacionada às probabilidades de transição entre estados microscópicos; já no caso de uma máquina quântica de Boltzmann, é necessário considerar adicionalmente os efeitos do campo transversal que permite o tunelamento quântico, a coerência e a superposição.por
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)por
dc.description.sponsorshipId131088/2022-0por
dc.identifier.citationCARPIO, Nicolás Armando Cabrera. Vidros de spin e redes neurais: diagramas de fase das máquinas de Boltzmann clássicas e semiclássicas. 2024. Dissertação (Mestrado em Física) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/20901.por
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/20901
dc.language.isoengpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.publisher.addressCampus São Carlospor
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Física - PPGFpor
dc.rightsAttribution 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/*
dc.subjectAprendizado de máquina quânticopor
dc.subjectMáquina de Boltzmannpor
dc.subjectAproximação semiclássicapor
dc.subjectAproximação de Suzuki-Trotterpor
dc.subjectQuantum machine learningpor
dc.subjectBoltzmann machinepor
dc.subjectSemi classical approximationpor
dc.subjectSuzuki-Trotter approximationpor
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICApor
dc.titleVidros de spin e redes neurais: diagramas de fase das máquinas de Boltzmann clássicas e semiclássicaspor
dc.title.alternativeSpin glasses and neural networks: phase diagrams of the classical and semi-classical Boltzmann machineseng
dc.typeDissertaçãopor

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