Eu consegui fazer isso com o Portable VirtualBox e o Qemu for Windows.
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O profissional do VirtualBox Portátil é que ele oferece a você todo o poder do VirtualBox. (É uma versão modificada do VirtualBox.) O con é que é muito lento a partir de uma unidade USB. Se você usar isso, definitivamente vá para Lubuntu e talvez até mesmo use openbox ou fluxbox sozinho em vez da sessão completa do Lubuntu.
Portable VirtualBox também teve alguns problemas com bugs no Windows 7. O desenvolvedor afirmou que não parece afetar todos, por isso pode estar relacionado a algumas configurações arcaicas do Windows. Eu tinha o trabalho bem em um computador, mas para fazê-lo funcionar em outro computador Win 7 eu tive que baixar uma versão mais antiga do binário. (E foi preciso um pouco de tentativa e erro para encontrar um que funcionasse corretamente.)
Outra desvantagem é que a configuração do Portable Vbox no Windows parece atrapalhar qualquer instalação VBox padrão pré-existente na mesma máquina (apenas o aplicativo, não a VM que você já criou).
O LinuxLiveUsb usa o Portable Vbox para sua opção Virtualize this Key, mas a última vez que tentei o bug do Win7 impediu que ele funcionasse; mais essa opção (ao contrário de um Portable Vbox independente) não permite a persistência.
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O Qemu também funciona bem. Veja Qemu para Windows para os binários e o site principal do Qemu Documentação do Qemu.
Instalar uma máquina virtual em funcionamento é um pouco mais prático do que no Vbox. Mas não é muito difícil. Esta página um pouco datada originalmente destinada a Qemu no projeto OLAP é útil para começar, mas não informa tudo você precisa saber.
O Qemu é provavelmente um pouco mais rápido que o Vbox, já que é um pouco mais leve. Você pode achar algumas páginas mais antigas dizendo que é muito lento para usar no Windows, mas minha experiência é que isso não é mais verdade com os binários mais recentes. Ainda assim, você vai querer fazer a sua instalação o mais leve possível com Lubuntu ou similar.