迈向实用的量子联邦学习:提升效率与噪声容忍度

联邦学习(FL)能够实现隐私保护的分布式模型训练,但仍易受梯度反演和模型泄露攻击。量子通信虽被提议用于为参数聚合提供信息论安全保障,但其实际部署受到通信开销和量子信道噪声的严重制约。该研究团队通过系统性定量研究,揭示了量子联邦学习(QFL)中通信-收敛-噪声三者间的权衡关系,并提出两种互补策略来减少量子传输:(1)基于参数化量子电路中光锥特征选择的结构化参数精简;(2)混合QFL架构——该架构在训练期间动态切换集中式与去中心化聚合模式。研究人员推导出显式通信成本公式,证明混合QFL将每轮量子传输量从3NMP降至{3t+2(T-t)}NMP,在保持接近集中式收敛性能的同时实现显著节省。进一步分析表明,在退极化噪声环境下,去中心化聚合因每轮传输更少量子比特而具有更强抗噪性。最后,该工作评估了基于Steane码的量子纠错在高噪声场景下的有效性,为构建通信高效且噪声感知的QFL提供了集成化设计框架,阐明了实现可扩展量子安全分布式学习所需的关键实践权衡。

作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-03-04 09:04

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