变分量子算法综述：关于容错量子计算的洞见
量子物理
2026-04-10 v1
摘要
变分量子算法（VQAs）已在噪声中间规模量子（NISQ）时代确立为核心计算范式。通过将参数化量子电路（PQCs）与经典优化相耦合，这些算法在严格的硬件限制下能够有效运行。然而，随着量子架构向早期容错（EFT）和最终容错（FT）阶段过渡，变分量子算法的基本原理和长期可行性需要系统性重新评估。本综述提供了对 VQAs 及其向容错阶段演进的深入分析。我们通过考察 ansatz 设计和经典优化策略，包括成本函数的制定、梯度计算和优化器选择等，分解了核心算法框架。同时，我们评估了关键训练瓶颈，尤其是枯竭平坦（BPs），并探讨了已建立的缓解策略。随后，讨论了 EFT 阶段，详细阐述了如何将量子误差缓解与部分误差纠正相集成，以维持算法性能。针对 FT 阶段，我们分析了当前混合 VQA 模型面临的固有挑战。此外，我们综合了来自多个领域的最新 VQA 应用，包括 many-body 物理、量子化学、机器学习和数学优化。最终，本综述为适应未来硬件生成的量子算法绘制了理论路线图，阐明了如何在纠错计算环境中系统地细化变分原理，以保持其相关性和效率。
引用
@article{arxiv.2604.07909,
title = {A Review of Variational Quantum Algorithms: Insights into Fault-Tolerant Quantum Computing},
author = {Zhirao Wang and Junxiang Huang and Runyu Ye and Qingyu Li and Qi-Ming Ding and Yiming Huang and Ting Zhang and Yumeng Zeng and Jianshuo Gao and Xiao Yuan and Yuan Yao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.07909},
year = {2026}
}