量子深度学习:全面综述

量子深度学习(QDL)致力于探索如何利用量子及量子启发的资源,在特定资源约束条件下增强深度学习的核心能力,包括表达能力、泛化性和可扩展性。与更广泛的量子机器学习不同,QDL强调流程层面的组合深度,以及在端到端工作流中整合量子或量子启发组件。本综述提出了QDL的操作性定义,并建立了一个包含四大范式的分类体系:混合量子-经典模型、量子深度神经网络、深度学习原语的量子算法,以及量子启发的经典算法。研究将理论原理与先进架构、软件工具链及实验验证相连接,覆盖超导、囚禁离子、光子、半导体自旋、中性原子系统以及量子退火器等平台。通过严格区分可证明的复杂性理论分离与实证观察结果,该团队对“量子优势”主张进行了批判性评估。分析揭示了模型表达能力、可训练性与经典可模拟性之间的权衡关系,同时系统阐述了优化地形、输入-输出访问模型和硬件约束带来的瓶颈。研究调查了QDL在图像分类、自然语言处理、科学发现、量子数据处理和量子最优控制等领域的应用,强调需与优化的经典方法进行公平基准测试,并对资源需求进行全面评估。本综述既可作为研究生的入门教程,又能引导读者深入专业文献。最后提出了一条基于验证意识的路线图,推动QDL从近期演示迈向可扩展且容错的实施方案。

作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-02-26 15:58

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