量子卷积神经网络编码策略的比较研究

量子卷积神经网络(QCNN)通过将分层特征提取与适度的参数增长相结合,为近期量子机器学习提供了一种前景广阔的架构。然而,任何处理经典数据的QCNN都必须依赖编码方案将输入嵌入量子态,这一选择将主导性能和资源需求。该研究在去极化噪声条件下,对角度编码、幅度编码及混合相位/角度方案三种代表性QCNN编码方式进行了实现层面的比较。研究人员开发了基于PyTorch-Qiskit的全可微分流程,包含自定义自动微分桥接、批量参数位移梯度及测量调度功能,并用于训练处理4×4和8×8分辨率下MNIST及Fashion-MNIST二值化降采样数据的QCNN。实验揭示了不同机制下的权衡关系:在4×4激进降采样输入中,角度编码在噪声增强时仍保持较高精度和相对稳健性,而混合编码表现滞后且呈现非单调趋势;在8×8分辨率下,混合方案能在中等噪声下反超角度编码,表明混合相位/角度编码器可从额外特征带宽中获益。幅度编码QCNN在降采样网格中表征稀疏,但在轻量级和全分辨率配置中表现出色,其训练动态与经典收敛高度相似。这些结果为在分辨率、噪声强度与仿真预算的多重约束下选择QCNN编码器提供了实用指导。

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提交arXiv: 2025-12-14 01:31

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