量子計(jì)算中國(guó)突破!中科大李傳峰團(tuán)隊(duì)結(jié)合AI與量子計(jì)算,助力研發(fā)快...

【新智元導(dǎo)讀】近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)李傳鋒團(tuán)隊(duì)將機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)應(yīng)用于研究量子力學(xué)基礎(chǔ)問(wèn)題，首次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法的多重非經(jīng)典關(guān)聯(lián)的同時(shí)分類。還通過(guò)AI極大地提高了處理速度，最終可能為研發(fā)比目前快10億倍、1萬(wàn)億倍的超級(jí)計(jì)算機(jī)鋪平道路。來(lái)?新智元AI朋友圈?和AI大咖們一起討論吧。

大多數(shù)量子設(shè)備——從用于超安全通信的密鑰分配網(wǎng)絡(luò)、超快量子計(jì)算機(jī)到用于隱形飛機(jī)探測(cè)的量子雷達(dá)系統(tǒng)——仍然極其不適用，因?yàn)楝F(xiàn)在確立粒子之間聯(lián)系的性質(zhì)需要大量處理時(shí)間。

李傳峰團(tuán)隊(duì)的研究表明，機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)可以以前所未有的速度和準(zhǔn)確性評(píng)估粒子之間關(guān)系的性質(zhì)。

“它的工作原理就像分離礦物?！崩顐鞣褰淌谡f(shuō)，“AI能告訴我們礦石是否包含金、鐵或銅，因此我們可以利用它們來(lái)達(dá)到不同的目的，這在以前這是不可能做到的?！?/span>
圖2：三種人工智能模型對(duì)非經(jīng)典關(guān)聯(lián)進(jìn)行分類的工作原理示意圖，（a）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，（b）支持向量機(jī)，（c）決策樹(shù)。
無(wú)須完整粒子信息，機(jī)器即可進(jìn)行評(píng)估

從用于超安全通信的密鑰分配網(wǎng)絡(luò)，超速量子計(jì)算機(jī)，到用于檢測(cè)隱形飛機(jī)的量子雷達(dá)系統(tǒng)，大多數(shù)量子設(shè)備仍然極其不適用，因?yàn)楝F(xiàn)在確立量子之間聯(lián)系的性質(zhì)需要大量處理時(shí)間。
但目前為止，量子研究人員還必須測(cè)量一套完整的物理性質(zhì)，以確定粒子之間的關(guān)聯(lián)類型。這是一項(xiàng)艱巨且耗時(shí)的工作，并且當(dāng)粒子數(shù)量增加時(shí)，工作量會(huì)呈指數(shù)增長(zhǎng)。這種方法將大大增加量子信息處理的資源供給。
“歸根結(jié)底，我們也許能夠分辨出這不是一塊金，但是這樣沒(méi)有辦法知道更多。”李教授解釋道。?幾十年來(lái)，中科大的研究人員一直在進(jìn)行量子實(shí)驗(yàn)，并積累了大量數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，李教授的團(tuán)隊(duì)建立了一個(gè)數(shù)據(jù)集，包含400多對(duì)通過(guò)不同類型的連接精心挑選出來(lái)的粒子，連接類型包括量子糾纏、量子導(dǎo)引和貝爾非定域性。?然后，研究人員利用這些數(shù)據(jù)集，并使用深度學(xué)習(xí)算法來(lái)訓(xùn)練計(jì)算機(jī)，以測(cè)量粒子的物理性質(zhì)。人工智能現(xiàn)在可以達(dá)到高于90％的測(cè)量精度，并且計(jì)算時(shí)間大幅減少，過(guò)去花一個(gè)小時(shí)的計(jì)算現(xiàn)在可以在不到一秒鐘的時(shí)間內(nèi)完成。?另外，不需要每個(gè)粒子的完整信息，機(jī)器即可進(jìn)行評(píng)估。根據(jù)該論文，研究人員只需將兩種物理性質(zhì)的詳細(xì)信息輸入到機(jī)器中，然后就可以填補(bǔ)空白并對(duì)結(jié)果做出正確的估計(jì)。?李傳峰說(shuō)：“這種方法將大大增加用于量子信息處理的資源供應(yīng)。”?這不是研究的終點(diǎn)，也不意味著AI能比人腦對(duì)量子物理學(xué)的掌握要好

一些研究人員說(shuō)，人工智能和量子計(jì)算的結(jié)合可能最終導(dǎo)致機(jī)器的智能等于或大于人類。?

同時(shí)，重慶綠色智能技術(shù)研究院副研究員、論文作者之一的任昌亮認(rèn)為，這一突破并不意味著人工智能比人腦對(duì)量子物理學(xué)的掌握要好?！拔覀儤?biāo)注數(shù)據(jù)、訓(xùn)練機(jī)器、進(jìn)行糾錯(cuò)，AI是在人類的指導(dǎo)下完成計(jì)算的?！彼f(shuō)，“它并不比我們聰明。”?與傳統(tǒng)方法相比，人工智能的另一個(gè)明顯優(yōu)勢(shì)是它可以更有效地處理多維問(wèn)題，量子物理學(xué)中有很多維度。?任昌亮說(shuō)：“兩個(gè)世界似乎有很好的匹配?！?br />
最后，該研究團(tuán)隊(duì)表示，這不是研究的終點(diǎn)。該團(tuán)隊(duì)正計(jì)劃用更大的數(shù)據(jù)集訓(xùn)練機(jī)器，并且還在開(kāi)發(fā)專門用于量子計(jì)算機(jī)的新人工智能技術(shù)，該技術(shù)預(yù)計(jì)會(huì)比目前最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)快1萬(wàn)億倍。?Google的量子突破并不意味著中國(guó)輸?shù)袅肆孔佑?jì)算機(jī)競(jìng)賽?在此次研究前，谷歌在Nature發(fā)文實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”，對(duì)此，中國(guó)量子計(jì)算團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人潘建偉教授認(rèn)為，美國(guó)現(xiàn)在已經(jīng)超過(guò)了中國(guó)，但這“絕對(duì)不是終點(diǎn)”，而潘教授的團(tuán)隊(duì)成員也表示，中國(guó)團(tuán)隊(duì)仍然有希望實(shí)現(xiàn)量子至上，科學(xué)和技術(shù)的“圣杯”競(jìng)賽才剛剛開(kāi)始。
對(duì)此，也有不同觀點(diǎn)認(rèn)為中國(guó)相關(guān)研究起步較緩。有量子科學(xué)家稱，Google在13年前啟動(dòng)了量子計(jì)算機(jī)程序，其他美國(guó)公司（例如IBM）也已經(jīng)進(jìn)行了大量投資并建造了原型機(jī)，但中國(guó)直到最近才開(kāi)始類似的工作。?以上觀點(diǎn)，也有反駁聲音。就目前而言，可用的量子計(jì)算機(jī)還有很長(zhǎng)的路要走，目前美國(guó)和中國(guó)的先進(jìn)技術(shù)都沒(méi)有任何實(shí)際應(yīng)用。
“中美在量子計(jì)算機(jī)技術(shù)上的差距并不沒(méi)有那么大?！?span style="font-family:'-apple-system-font', 'system-ui', 'Helvetica Neue', 'PingFang SC', 'Hiragino Sans GB', 'Microsoft YaHei UI', 'Microsoft YaHei', Arial, sans-serif;background-color:rgb(255,255,255);">北京大學(xué)量子物理學(xué)教授吳飚就說(shuō)道，

“我們還沒(méi)有離開(kāi)起跑線。如果有任何區(qū)別，那可能沒(méi)什么大不了，因?yàn)槲覀冸x任何實(shí)際的應(yīng)用程序都還很遠(yuǎn)?！?/span>

期待量子研究突破立竿見(jiàn)影是不切實(shí)際的，可能迫使量子研究游走在科幻小說(shuō)與現(xiàn)實(shí)之間

如今，量子計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的結(jié)果仍然可靠性仍然存疑。例如，Sycamore在進(jìn)行20輪仿真后只能保證0.2％的精度。量子計(jì)算機(jī)中的粒子由于其脆弱的條件也容易受到周圍環(huán)境的影響。?盡管筆記本電腦的中央處理器可以無(wú)故障運(yùn)行數(shù)年，但Google量子芯片必須每隔幾微秒就停止一次。?谷歌對(duì)其量子芯片的主張也受到了美國(guó)科學(xué)界一些人士的質(zhì)疑。例如，IBM已經(jīng)發(fā)布了一項(xiàng)研究，聲稱谷歌的量子模擬被夸大了，因?yàn)樗梢栽趲滋熘畠?nèi)在經(jīng)典計(jì)算機(jī)上完成，即使不是更快。?但是，量子計(jì)算機(jī)是人類科學(xué)技術(shù)的圣杯。它引起了政府，私人投資者和公眾的極大興趣。然而，對(duì)突破寄予立竿見(jiàn)影的厚望是不切實(shí)際的，并且可能迫使量子研究人員為尋求更多的資金和支持，“走在現(xiàn)實(shí)與科幻小說(shuō)之間的狹窄道路上”。

參考鏈接：https://www.scmp.com/news/china/science/article/3038630/china-quantum-research-team-uses-ai-crack-processing-timehttps://physics.ustc.edu.cn/2019/1112/c3588a404760/page.htm

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