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AQKA:Shot 预算下的主动量子核获取

机器学习 2026-05-15 v1

摘要

从电路保真度估计 N×NN \times N 量子核需要 Θ(N2S)\Theta(N^2 S) 次测量 shot,这是在近期硬件上部署的主要瓶颈。现有的节省预算方法(Nystr\"om-QKE、ShoFaR、核目标对齐)对要测量哪些条目进行子采样,但在其选定的子集内均匀分配 shot,忽略了每个条目对下游分类器的驱动程度。我们通过两项贡献弥补了这一差距。首先,shot 预算量子核学习的完整机制分解:关于每种分配器何时获胜的原则性菜单。我们的方法 AQKA 在稀疏敏感度 KRR 上主导预算受限机制(B16npairsB \lesssim 16 n_{\mathrm{pairs}}),随着 NN 从 225 扩展到 1000,其相对于均匀分配的差距从 +8 增长到 +25 个百分点,并在 \texttt{ibm\_pittsburgh}(156 量子比特 Heron)硬件核上达到 +26--32 个百分点;Nystr\"om-QKE 通过低秩重构在饱和预算下针对植入稀疏性获胜;ShoFaR 仅在极低预算下具有竞争力。其次,闭式的成对级别获取理论:sijgijKij(1Kij)s_{ij}^\star \propto |g_{ij}|\sqrt{K_{ij}(1-K_{ij})},其中 KRR 具有显式梯度 gijg_{ij}(引理 1,βiαj+βjαiKij(1Kij)|\beta_i\alpha_j+\beta_j\alpha_i|\sqrt{K_{ij}(1-K_{ij})}),SVM 通过包络定理具有显式梯度(ηiηjKij(1Kij)|\eta_i^*\eta_j^*|\sqrt{K_{ij}(1-K_{ij})});一个修正的稀疏感知 Cauchy--Schwarz 速率 ρ2m/N\rho \le 2m/N 与经验相符(对比朴素的 m2/N2m^2/N^2);一个显式常数的插件遗憾界(定理 2);以及更紧的 SVM 上限 ρSVMmsv2/N2\rho^{\mathrm{SVM}} \le m_{\mathrm{sv}}^2/N^2。最后,我们展示了在量子硬件上的首次多种子实时在线自适应 shot 分配:在 \texttt{ibm\_aachen} 上 N=20N{=}20 时提升 +17.0±4.8+17.0 \pm 4.8 个百分点(3.5σ3.5\sigma,5 个种子),在 \texttt{ibm\_berlin} 上更高预算下 N=30N{=}30 时优势保持为 +14.0±8.5+14.0 \pm 8.5 个百分点(5 个种子)。

关键词

引用

@article{arxiv.2605.14672,
  title  = {AQKA: Active Quantum Kernel Acquisition Under a Shot Budget},
  author = {Jian Xu and Chao Li and Delu Zeng and John Paisley and Qibin Zhao},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2605.14672},
  year   = {2026}
}