第 26 课 · QML I——数据编码、VQE 与 QAOA · 模块四:应用与前沿专题

变分循环:NISQ 时代的生存法则

  • 引子(一句):深线路跑不动的年代,量子只估计期望值,参数往哪调交给经典优化器
  • 命题框:变分目标 $\theta^* = \mathrm{argmin}_\theta \langle\psi(\theta)|H|\psi(\theta)\rangle$——把"求基态/最优解"变成"带上界的最小化"
  • 循环步骤(编号,每步带公式):
    1. 制备 $|\psi(\theta)\rangle = U(\theta)|0\rangle^{\otimes n}$(浅参数化线路)
    2. 测量 $\bar{E} = \sum_k \alpha_k \cdot \langle P_k\rangle$(按泡利串或对易分组)
    3. 经典优化器更新 $\theta$ → 回到 1,循环至收敛
  • 数值卡:NISQ 门错误率约 $10^{-3}$/门 → 1000 门线路全程无错概率 $(1 - 10^{-3})^{1000} \approx e^{-1} \approx 0.37$——QPE/QSVT 类深线路上不了真机;变分法每次迭代只需浅线路 + 少量测量;UCCSD 深度 $O(n^5)$,$n \gtrsim 20$ 已超相干时间
  • 本课三问(公式问句):$x \mapsto |\phi(x)\rangle$ 怎么造 / $\min_\theta \langle\psi(\theta)|H|\psi(\theta)\rangle$ 怎么压 / $C(z) \mapsto H_C$ 怎么解
类型hook(开场;一句引子后进入公式骨架)