可信赖的量子机器学习:NISQ时代下可靠性、鲁棒性与安全性的发展路线图
量子机器学习(QML)是解决经典人工智能难以应对的计算问题的前沿范式。然而,量子力学固有的概率特性、含噪声中等规模量子(NISQ)硬件的设备噪声,以及混合量子-经典执行流程带来的新型风险,阻碍了QML在现实世界安全关键场景中的可靠部署。该研究提出了“可信量子机器学习(TQML)”的总体框架,整合了三个可靠性基础支柱:(一)面向校准化风险感知决策的不确定性量化;(二)抵御经典与量子原生威胁模型的对抗鲁棒性;(三)分布式与委托量子学习场景中的隐私保护。研究人员基于量子信息理论,形式化定义了量子专用信任度量指标,包括预测不确定性的方差分解、迹距离约束的鲁棒性边界,以及混合学习通道的差分隐私保护机制。为验证当前NISQ设备的可行性,该团队在参数化量子分类器上测试了统一信任评估流程,揭示了不确定性预测风险之间的关联性、经典扰动与量子态扰动在攻击脆弱性上的不对称现象,以及由散粒噪声和量子通道噪声驱动的隐私-效用权衡关系。该路线图旨在将可信性确立为量子人工智能的一级设计目标。



