Q-RAIL: 面向异构噪声硬件的可靠性感知量子联邦学习框架
在NISQ硬件上运行的量子联邦学习(QFL)对后端异构性高度敏感:部分客户端贡献具有信息量的更新,而另一些客户端则贡献噪声主导的漂移,统一平均无法区分这两者。该团队提出Q-RAIL(量子可靠性感知联邦推理与学习),这是一种面向硬件异构QFL的电路与校准感知聚合方法。Q-RAIL根据后端校准元数据以及编译后的电路统计信息,计算每个客户端特有的有效噪声预算。该预算通过温度缩放、均匀混合和最小权重下限,转化为稳定的聚合权重。Q-RAIL在多个实验设置下进行了评估,包括消融研究,并在三个数据集(MNIST、Fashion-MNIST和OrganAMNIST)上与现有最优方法进行了基准对比。在强硬件偏斜的主要MNIST基准测试中,Q-RAIL将最终测试准确率从FedAvg的0.777提升至0.877,提升了+10.0个百分点,对应约44.8%的相对错误率降低,同时也超过了最强的wpQFL基线(0.833)。同时,测试损失从0.722降至0.585,测试AUC从0.920升至0.973。在非独立同分布MNIST下,Q-RAIL达到0.813,而FedAvg为0.722。该团队的方法还在12/12的ansatz/CX折叠压力配置中优于FedAvg,并在4、10和15量子比特设置下保持优势。总体而言,实验结果支持将校准驱动、电路感知的聚合作为在异构量子硬件上实现稳健QFL的实用路径。

