量子极限学习机器的理论与可解释性:基于泡利转移矩阵方法

量子储层计算机(QRCs)因其利用量子系统自然动力学进行数据处理且训练简便,已成为量子机器学习领域极具前景的研究方向。本文研究了具有连续时间储层动力学的n量子比特量子极限学习机(QELMs)。这类无记忆特性的QRCs能完成包括图像分类和时间序列预测在内的多种机器学习任务。研究人员采用泡利转移矩阵(PTM)形式体系,从理论上分析了编码方式、储层动力学及测量操作(含时间复用技术)对QELM性能的影响。该形式体系明确揭示:编码过程决定了QELM可获取的全部(非线性)特征集合,而量子通道则在这些特征被选定测量算子探测前对其进行线性变换。因此,QELM优化可转化为解码问题——通过设计通道诱导的变换,使回归器能获取任务相关特征。PTM形式体系可帮助识别QELM的经典表示,从而针对特定训练目标指导其设计。作为具体应用案例,该工作重点研究了非线性动力学系统学习,证明经轨迹训练的QELM能够学习底层流映射的代理近似模型。

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提交arXiv: 2026-02-20 17:33

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