第 27 课 · QML II——量子核、混合网络与贫瘠高原 · 模块四:应用与前沿专题

量子-经典混合模型:即插即用的量子层

  • 命题框(三段前馈公式链):$h = g_{\mathrm{CNN}}(x) \in \mathbb{R}^4$($28 \times 28$ 图像 → 4–8 维特征)→ $y_q = \langle 0|U^\dagger(h,\theta) \cdot M \cdot U(h,\theta)|0\rangle$(特征作旋转角编码)→ $\hat{y} = w_2 \cdot y_q + b_2$(全连接输出)
  • 推导步骤(端到端梯度流,逐行):
    1. 经典层参数:$\partial L/\partial w$ 由反向传播(链式法则)计算
    2. 量子层参数:$\partial L/\partial\theta_k = (\partial L/\partial y_q) \cdot (1/2)(\langle M\rangle_{(\theta_k + \pi/2)} - \langle M\rangle_{(\theta_k - \pi/2)})$——链式法则 $\times$ 参数平移
    3. 穿过量子层:$\partial L/\partial h$ 同样可微 → 梯度继续回传给更早的经典层
  • 适配器卡(代码行):qml.qnn.TorchLayer(quantum_circuit, weight_shapes) 把 QNode 包装成标准 PyTorch 层;torch.nn.Sequential 即插即用;torch.optim.Adam(hybrid_model.parameters()) 同时看到经典权重与量子角度
  • 结果框:含参电路 = 完全可微黑盒——loss.backward() + optimizer.step() 一次更新全部参数(经典 $w$ 与量子 $\theta$)
类型definition-derivation(架构 + 梯度流)