面向领域的量子电路用于量子机器学习
设计兼具表达力强、可训练性高且对硬件噪声鲁棒的参数化量子电路(PQC),是当前嘈杂中型量子(NISQ)设备上实现量子机器学习(QML)的核心挑战。该研究团队提出一种“领域感知量子电路”(DAQC),通过非重叠DCT风格之字形窗口,利用图像先验知识来引导局部性保持的编码与纠缠操作。该设计采用交错式“编码-纠缠-训练”循环,其中纠缠操作仅在承载相邻像素的量子比特间实施,并与设备连接拓扑对齐。这种分阶段、保持局部性的信息流动方式,可在不进行深度全局混合的情况下扩展有效感受野,从而高效利用有限的电路深度和量子比特资源。该方案将表征能力集中于短程相关性,减少长程双量子比特操作,并促进稳定优化,由此缓解深度诱发和全局纠缠导致的贫瘠高原效应。研究团队在MNIST、FashionMNIST和PneumoniaMNIST数据集上评估DAQC表现。在真实量子硬件上,DAQC性能可匹敌经典强基线模型(如ResNet-18/50、DenseNet-121、EfficientNet-B0),并显著超越量子电路搜索(QCS)基线。据该团队所知,DAQC作为仅采用线性经典读出层(无深层经典主干网络)的量子特征提取器,目前创下了基于QML的图像分类任务在真实量子硬件上的最佳性能记录。代码与预训练模型详见:https://github.com/gurinder-hub/DAQC。
量科快讯
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