纠缠作为结构复杂性轴:量子策略与价值函数泛化的PAC-Bayesian视角
量子物理
2026-07-07 v1 机器学习
摘要
参数化量子电路(PQC)越来越多地被用作量子强化学习中的策略和价值函数,但量子策略何时以及为何能够泛化仍不清楚。我们给出了一个PAC-Bayesian解释,其中泛化不是由电路参数的原始数量决定,而是由电路诱导的Fisher几何的有效维度决定。这个量被纠缠放大,使得纠缠连接成为独立于表达性的复杂性轴。在固定可训练旋转次数并仅改变纠缠的受控实验中,我们发现具有较大Fisher有效维度的电路表现出更大的训练-测试差距,而参数数量是一个弱预测因子。由此产生的界主要作为排序证书:它正确地对具有相同参数数量的电路进行排序,而参数计数界无法做到这一点。我们在监督分类、量子上下文老虎机和价值函数泛化中验证了这一机制,其中纠缠电路在相同参数数量下始终比非纠缠电路泛化得更差,且差距随着样本量的增加而缩小。我们最强的证据来自低方差决策模型,包括单可观测分类器、价值头和单步策略。在端到端多步策略学习中,纠缠效应仍然统计显著,但高回报方差使得完整排序仅部分解决。偏相关分析表明,Fisher有效维度屏蔽了纠缠模式,并且对训练精度、读出和优化器的控制排除了主要的优化混杂因素。该效应在IBM Heron量子处理器上的真实噪声下也持续存在。总的来说,我们的结果将量子策略设计重新定位为纠缠-泛化权衡,而不仅仅是表达性。
引用
@article{arxiv.2607.06230,
title = {Entanglement as a Structural Complexity Axis: A PAC-Bayesian View of Generalization in Quantum Policies and Value Functions},
author = {Jian Xu and Delu Zeng and John Paisley and Qibin Zhao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2607.06230},
year = {2026}
}