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

优势的边界(二):核的指数集中

  • 命题框(Thanasilp 等 2024):编码线路随比特数 $n$、深度 $L$、纠缠量增长时,$k(x,x') \approx \bar{k} + O(2^{-n})$——核值涨落指数级缩小
  • 推导/演算步骤:
    1. 病根:高维希尔伯特空间中随机量子态几乎正交——$E[|\langle\psi|\phi\rangle|^2] = 2^{-n}$(三行证明见第 13 页)→ $\bar{k}$ → 0
    2. 数值感受:$n = 10$ → $2^{-10} \approx 9.8 \times 10^{-4}$;$n = 30$ → $2^{-30} \approx 9.3 \times 10^{-10}$——非对角核值全部挤到 $\bar{k}$ 附近
    3. 后果链:核矩阵糊成一片 → 对角占优消失、谱塌缩 → SVM 学不到任何结构
  • 缓解卡:浅编码、低纠缠、局域核(只对子集比特编码后拼接)、把可训练缩放参数放进 $U_\phi$ 撑开核的动态范围
  • 诊断卡:训练前先画训练集核值 $k(x_i, x_j)$($i \ne j$)直方图——宽度 $\gtrsim 1/\mathrm{poly}$ 才有信息;集中在单点 → 换编码再谈
  • 结果框:能表达的核太多,能用的核太少——这是核方法自己的"贫瘠高原",与第 12 页同源
类型definition-derivation