QNAS:一种面向精确高效量子神经网络的神经架构搜索框架

设计兼具高精度与近含噪声中等规模量子(NISQ)硬件可部署性的量子神经网络(QNN)面临诸多挑战。手工设计的量子电路模板(ansatze)需在表达能力、可训练性与资源消耗间取得平衡,而有限量子比特数常迫使采用电路切割技术。现有量子架构搜索方法主要优化精度指标,仅启发性地控制量子资源开销,大多忽略电路切割带来的指数级成本增长。该研究团队提出QNAS框架——一个集成了硬件感知评估、多目标优化与切割成本分析的混合量子-经典神经网络(HQNN)架构搜索系统。QNAS通过训练共享参数的超级电路(SuperCircuit),并采用NSGA-II算法同步优化三个目标:(i)验证误差;(ii)衡量实际运行时间的成本代理指标;(iii)目标量子比特预算下的预估子电路数量。经短期训练评估候选架构后,QNAS能清晰呈现准确率、效率与切割成本间的帕累托前沿。在MNIST、Fashion-MNIST和Iris基准测试中,研究人员发现嵌入类型与CNOT门模式选择对精度和效率具有显著影响:图像数据集上角度-y嵌入配合稀疏纠缠模式表现最优,而表格数据(Iris)中振幅嵌入更具优势。最佳架构在MNIST上以8量子比特2层电路实现97.16%测试准确率;在更具挑战的Fashion-MNIST上以5量子比特2层电路达87.38%;在Iris数据集则以4量子比特2层电路获得100%验证准确率。QNAS能在搜索过程中自动捕捉这些设计洞见,为从业者提供平衡精度、资源效率与当前硬件可部署性的架构选择方案。
作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-04-08 12:34

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