基于变分量子门控的量子增强循环神经网络在电池健康状态预测中的应用

锂离子电池的健康状态(SOH)精确估计仍是一个具有挑战性的难题,这源于复杂的电化学退化机制和长期时间依赖性。该研究提出了一种量子增强循环框架QLSTM,将变分量子电路直接嵌入长短期记忆网络的门控机制中。通过用参数化酉运算替代经典仿射变换,该模型在循环状态转移过程中引入了结构化非线性变换。基于多个基准电池数据集的大量实验表明,QLSTM在预测精度和鲁棒性方面始终优于经典序列模型,平均绝对误差(MAE)显著降低,较传统LSTM基线提升幅度达20%左右。消融研究进一步证实,这些改进主要源于量子增强门控机制而非输入级变换。对量子比特规模化和噪声鲁棒性的附加分析表明,模型性能取决于表达能力与可训练性之间的平衡。这些结果为量子计算原语嵌入循环架构提供了实证依据,证明其能通过结构化方法提升序列建模能力。该框架确立了将量子算子整合到时序学习模型中的新设计范式,在复杂动态系统预测任务中具有潜在应用价值。
作者单位: VIP可见
页数/图表: 登录可见
提交arXiv: 2026-04-22 10:57

量科快讯