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

线路即傅里叶级数

  • 命题框(Schuld–Sweke–Meyer 2021):$f(x) = \langle 0|U^\dagger(x) \cdot M \cdot U(x)|0\rangle = \sum_\omega c_\omega \cdot e^{i\omega \cdot x}$,可达频率集合 $\Omega \subseteq$ 生成元谱差的整系数组合
  • 推导/演算步骤(逐行):
    1. 单比特 $R_Z(x)$:生成元 $Z$ 谱 $\{+1, -1\}$、间隔 2 → 单个数据门 $\Omega \subseteq \{0, \pm 1\}$
    2. 重上传 $L$ 次:总频率 = 各门频率之和 $\omega = \omega_1 + \cdots + \omega_L$,每个 $\omega_\ell \in \{0, \pm 1\}$ → $\Omega \subseteq \{0, \pm 1, \ldots, \pm L\}$——重上传 = 拉宽频带
    3. 演算一:$U(x) = R_Z(x) \cdot W \cdot R_Z(x)$($W$ 固定酉)→ 两个数据门频率相加 → $\langle Z\rangle$ 是 $\{0, \pm 1, \pm 2\}$ 上的三角多项式
    4. 演算二:第二门换 $R_Z(3x)$ → 其频率集拉伸为 $\{0, \pm 3\}$ → 总频率 $\{0, \pm 1\} + \{0, \pm 3\} = \{0, \pm 1, \pm 2, \pm 3, \pm 4\}$
    5. 演算三(拟合预算):目标 $f^*(x) = \sin(3x) + \cos(5x)/2$ 最高频率 5 → 频带 $\{0, \ldots, \pm L\}$ 要求 $L \ge 5$ 才可能拟合
  • 结果框:可训练参数只调系数 $c_\omega$、不创造新频率——假设空间在编码那一刻就定了;单层单比特角度编码只能学 sin/cos 一阶纹波,很多"QML 不管用"的败因在编码
类型definition-derivation(定理页)