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只需切割:在有限量子比特设备上执行大规模量子神经网络

量子物理 2025-08-29 v2 新兴技术

摘要

量子计算的快速发展,尤其是通过无噪声中间规模量子设备(NISQ),正在推动量子机器学习(QML)应用的广泛关注。尽管具有潜力,但完全量子算法因当前NISQ设备的局限性仍难以实施。混合量子-经典神经网络(HQNN)作为一种可行的替代方案,正在利用量子计算和经典计算来增强机器学习能力。然而,NISQ设备的资源受限,特别是量子比特数量有限,为在受限设备上执行大规模量子电路提出了重大挑战。本文通过提出一种新颖且实用的方法,用于HQNN的量子电路切割,使大型量子电路能够在有限量子比特的NISQ设备上执行。我们的方法不仅保留原始电路的准确性,还支持跨所有子电路的量子参数训练,这对于HQNN的学习过程至关重要。我们提出的HQNN切割方法采用贪心算法识别高效切割点,并实现可训练的子电路,旨在最大化NISQ设备在HQNN中的效用。研究结果表明,量子电路切割是一种推动当前量子硬件上QML的有前景技术,因为切割后的电路在准确性和量子比特需求方面均与原始电路相当。代码已公开:https://github.com/eBrain4Everyone/QNN-Cutting。

关键词

引用

@article{arxiv.2412.04844,
  title  = {Cutting is All You Need: Execution of Large-Scale Quantum Neural Networks on Limited-Qubit Devices},
  author = {Alberto Marchisio and Emman Sychiuco and Muhammad Kashif and Muhammad Shafique},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2412.04844},
  year   = {2025}
}

备注

To appear at the IEEE International Conference on Quantum Artificial Intelligence (QAI), Naples, Italy, November 2025