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

容量的账:计数论证、高原与数据加载

  • 计数卡(不等式对比):单份编码(每个 $x_j$ 只出现一次)模型系数自由度 $O(\mathrm{poly})$,而一般 $n$ 比特观测量需 $O(4^n)$ 个实参数;重上传让 $x$ 出现 $L$ 次 → $\Omega$ 扩张到 $\{-L, \ldots, L\}^d$,系数个数指数化(固定 $d$)——配合 Pérez–Salas 单比特通用近似定理成为标准解药
  • 演算卡(编码诱导的核):$k(x,x') = |\langle 0|U_\phi^\dagger(x') \cdot U_\phi(x)|0\rangle|^2$;取 $\phi(x) = R_Y(x)|0\rangle$ → $\langle\phi(x')|\phi(x)\rangle = \cos((x - x')/2)$ → $k = \cos^2(\Delta/2)$($\Delta = x - x'$);代入:$\Delta = 0$ → $k = 1$ ✓(归一化);$\Delta = \pi$ → $k = 0$(核眼中"最不相似")
  • 代价卡:重上传加深 → 逼近 2-设计 → $\mathrm{Var}[\partial\langle H\rangle/\partial\theta] = O(2^{-n})$;演算:$n = 10$ → $2^{-10} = 1/1024 \approx 10^{-3}$,梯度淹没在噪声里;实务折中:小深度 $L$ + 局部代价函数 + 恒等初始化
  • 加载卡:一般性制备 $O(d)$ 起步;演算:$d = 16$ 的振幅编码每条样本要 $O(16)$ 门加载——任何对样本量的亚线性改进都被输入成本吞掉;出路:量子原生数据 / QRAM(第 25 课);报告规范:加载成本单列
  • 伏笔行:$k$ 正定 → 每个编码定义一个 RKHS——编码 → 核 → 归纳偏置,下一课主角
类型integration(公式结构页)