基于信使量子比特的量子层级信息残差网络 Q-LINK 以缓解坡壁效应
量子物理
2026-04-15 v1
摘要
在混合经典-量子计算中，变分量子算法（VQA）已成为面向噪声中间规模量子（NISQ）时代的有前景方法；然而，其性能常受到坡壁效应的阻碍，即梯度以指数级衰减，导致优化失效。本文引入一种受残差网络启发的量子电路架构，包含单个信使量子比特，称为 Q-LINK。通过对随机量子态进行数值仿真，我们观察到 Q-LINK 通过维持更大的梯度方差和加速收敛，显著提升了优化行为。此外，Q-LINK 在收敛效率上提高了 4-6 倍，梯度方差提升了最高两个数量级。为进一步刻画该结构的影响，本文分析了在引入 Q-LINK 前后电路的可表达性，发现整体可表达性值基本不变，表明原始电路的表示能力得以保留。此外，我们可视化了不同架构的损失景观，以提供对所提出设计如何重塑代价函数景观的洞见。这些结果表明，仅引入单个信使量子比特即可有效缓解坡壁效应，同时保持探索变分量子电路希尔伯特空间的能力。
引用
@article{arxiv.2604.11831,
title = {Q-LINK: Quantum Layerwise Information Residual Network via a Messenger Qubit for Barren Plateaus Mitigation},
author = {Zhehao Yi and Rahul Bhadani},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.11831},
year = {2026}
}
备注
Accepted and Presented at the 19th IEEE Dallas Circuits and Systems conference