应对量子联邦学习中的异构性问题:一种集成式间歇个性化方法
量子联邦学习(QFL)作为一种新兴技术,将量子计算与联邦学习相结合,能在分布式量子设备间高效处理复杂数据,同时确保量子网络中的数据隐私。尽管近期研究取得进展,现有QFL框架仍难以实现最优模型训练性能,主要归因于以下固有异质性:(i)量子噪声异质性——由于设备质量差异和量子退相干敏感性,当前量子设备存在不同程度的噪声;(ii)数据分布异质性——参与设备的量子数据天然呈现非独立同分布(non-IID)特性。为应对这些挑战,该研究团队提出名为SPQFL的新型集成式间歇-个性化方法,可在单一QFL框架中同步处理量子噪声与数据异质性。该方案具有两大核心特征:(i)针对量子噪声异质性,引入间歇学习机制以应对跨设备的量子噪声差异;(ii)针对量子数据异质性,通过模型正则化实现个性化学习,缓解非IID量子数据本地训练中的过拟合问题,从而提升全局模型收敛性。此外,研究人员对SPQFL框架进行了严格的收敛性分析,综合考虑间歇学习与个性化学习因素。理论分析表明,该算法的上界同时受量子设备数量和量子噪声测量次数的显著影响。在真实数据集上的大量仿真结果也表明,相较于现有最优方法,SPQFL在训练性能和收敛稳定性方面均实现显著提升。
量科快讯
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