最小化使用量子计算机的机器学习:量子特权信息学习(LUQPI)中的可证明优势
量子机器学习(QML)常被视为量子计算机最具应用前景的领域之一,这源于多项关于量子优势可能性的理论证明。核心问题在于:量子计算机在保证可验证学习优势的前提下,其参与程度最低能降至何种水平?本研究探讨了一种极端受限的场景——量子计算机仅作为特征提取器使用:它独立处理单个数据点,无法访问标签或全局数据集信息,仅用于增强训练集,且在模型部署阶段不可用。因此,训练和部署完全由经典学习器在量子生成特征增强的数据集上完成。我们通过将经典“特权信息下学习”(LUPI)框架适配至量子场景,构建了“量子特权信息下学习”(LUQPI)理论模型。在此框架下,研究表明即便这种仅限训练阶段的最小化量子特征提取,在合理计算假设下,针对特定概念类别和数据分布,仍能实现指数级的量子-经典性能分离。研究进一步将LUQPI置于相关量子与经典学习场景的分类体系中,并展示标准经典方法(尤其是SVM+算法)如何有效利用量子增强数据。最后,该团队在物理启发的多体系统场景中进行了数值实验,其中特权量子特征为基态可观测量期望值,观测到LUQPI类模型相较强经典基线始终具有性能优势。

