电路深度与量子比特数对变分量子分类器在希格斯玻色子信号检测中影响的比较研究

高能物理(HEP)实验(如大型强子对撞机LHC)产生的海量数据对经典计算能力提出了严峻挑战。量子机器学习(QML)在处理高维数据方面具有潜在优势,但如何为当前噪声中等规模量子(NISQ)设备设计最优架构仍是待解难题。该研究基于ATLAS希格斯玻色子机器学习挑战赛2014年实验数据集,探究了变分量子分类器(VQC)在希格斯玻色子信号检测中的性能表现。研究人员采用主成分分析(PCA)构建降维流程,将30个物理特征映射至4量子位和8量子位的潜空间,并对比了三种架构:(A)浅层4量子位电路,(B)增加纠缠层的深层4量子位电路,(C)扩展的8量子位电路。实验结果表明,增加电路深度可显著提升性能——构型B以56.2%的准确率优于基线51.9%;而单纯扩展至8量子位时,由于大希尔伯特空间中“贫瘠高原”带来的优化难题,性能反而下降至50.6%。这些发现表明,就近期量子硬件而言,在HEP数据异常检测中,优先提升电路深度和纠缠能力比增加量子比特数更为关键。
作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-01-17 07:02

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