Q-LINK:基于信使量子比特的量子分层信息残差网络——用于缓解贫瘠高原问题

在经典-量子混合计算领域,变分量子算法(VQAs)已成为嘈杂中等规模量子(NISQ)时代的重要解决方案,但其性能常受困于“贫瘠高原”现象——梯度呈指数级消失导致优化失效。本研究提出了一种受残差结构启发的量子电路架构Q-LINK,其核心创新在于引入单个信使量子比特。通过对随机量子态的数值模拟,该团队发现Q-LINK能维持更大的梯度方差并加速收敛,显著改善了优化行为。相较于基准模型,该架构将收敛效率提升4-6倍,梯度方差增幅最高达两个数量级。 为深入解析该结构的机理,该团队对比了引入Q-LINK前后的电路表达能力,发现整体表达能力值基本保持不变,表明原始电路的表示能力得到完整保留。此外,通过可视化不同架构的损失景观,该团队揭示了该设计如何重构代价函数的地形特征。这些结果表明:仅需引入单个信使量子比特,即可在保持变分量子电路探索希尔伯特空间能力的同时,有效缓解贫瘠高原效应。

作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-04-11 18:41

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