🧬 QNN 变分线路 · 让量子线路"学会"纠缠

参数量子线路(Ansatz)+ 参数平移梯度 + 经典优化 —— 训练它逼近目标贝尔态 |Φ⁺⟩

🔀 参数量子线路(2 个量子比特 · |00⟩ 出发)

虚线框是"可训练"的旋转门 Ry(θᵢ);中间竖线是纠缠门 CNOT(q₀→q₁)。 训练目标:让输出态变成 |Φ⁺⟩ = (|00⟩ + |11⟩)/√2 —— 一个最大纠缠态。所有梯度用参数平移规则精确求出(不反向传播、不差分近似)。

🎛 训练控制

迭代 0
目标 |Φ⁺⟩ 保真度
保真度 F 0.000
损失 1−F 1.000
待命 —— 点"训练"或拖动下方滑块
下方滑块 = 手动调参(就像手拧神经网络权重);拖动时实时重算整条线路。

🎚 可训练参数 θi (右侧 ∇ 为参数平移梯度)

📊 输出态概率(4 个基态)

当前保真度 F = 0.000
纠缠生成 0.000
纠缠生成度 = P(|11⟩)(当一半 |00⟩、一半 |11⟩ 时线路已"学会"目标态)。

📈 训练曲线(保真度 ↑ · 损失 ↓)

参数平移规则(本演示的"反向传播"):对每个可训练角 θᵢ,额外正向执行两次量子线路 f(θᵢ+π/2) 与 f(θᵢ−π/2),则 ∂f/∂θᵢ = ½[f(θᵢ+π/2) − f(θᵢ−π/2)] —— 对 Ry = e^{−iθY/2} 这类旋转门精确成立。点"沿梯度走一步"可逐次观看:∇ 为正在提升保真度的方向。

这就是量子机器学习/量子类脑融合的最小闭环(对应第 11 讲 QNN、QSNN): ① 前向:把量子数据(这里是最简单的 |00⟩)过一遍带参量子线路; ② 测量:读出保真度/期望损失; ③ 经典优化:用参数平移求梯度,更新 θ。 在噪声量子设备(NISQ)上,这个闭环正是 QAOA、VQE、量子神经网络 的共同骨架 —— 而退相干噪声会悄悄抬高损失、让"保真度天花板"低于 1。