近日，英國(guó)布里斯托大學(xué)量子工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的研究人員在《自然·物理學(xué)》雜志上發(fā)表一篇新論文，解釋了一種通過(guò)充當(dāng)自主代理，使用機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)哈密頓模型進(jìn)行逆向工程的算法。這種新算法對(duì)量子系統(tǒng)基本物理原理提供了寶貴見解，有望帶來(lái)量子計(jì)算和傳感領(lǐng)域的重大進(jìn)步，并有可能翻開科學(xué)研究的新篇章。

在物理學(xué)中，粒子系統(tǒng)及其演化都是通過(guò)數(shù)學(xué)模型來(lái)描述的，這需要理論和實(shí)驗(yàn)相互驗(yàn)證。更復(fù)雜的則是在量子力學(xué)水平上描述粒子相互作用的系統(tǒng)，這通常需要使用哈密頓模型來(lái)完成。但量子態(tài)的性質(zhì)使這一過(guò)程變得更加困難，當(dāng)人們?cè)噲D檢查量子態(tài)時(shí)，量子態(tài)就會(huì)崩潰。而此次開發(fā)的算法可以克服這一困難。

該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新的協(xié)議來(lái)制定和驗(yàn)證量子系統(tǒng)的近似模型。他們的算法可自主運(yùn)行，在目標(biāo)量子系統(tǒng)上設(shè)計(jì)和執(zhí)行實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)最終被反饋到算法中。該算法提出了描述目標(biāo)系統(tǒng)的候選哈密頓模型，并用統(tǒng)計(jì)度量，即貝葉斯因子對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行了區(qū)分。

鉆石是進(jìn)行量子信息處理和量子傳感的良好平臺(tái)，研究團(tuán)隊(duì)利用鉆石中晶格空位缺陷在真實(shí)的量子實(shí)驗(yàn)中成功展示了這一算法的能力。

該算法可以幫助自動(dòng)描述新設(shè)備的特征，比如量子傳感器，因此這一進(jìn)展代表著量子技術(shù)發(fā)展的重大突破。

布里斯托爾大學(xué)量子工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)室和量子工程博士培訓(xùn)中心的布萊恩·弗林表示：“將當(dāng)今超級(jí)計(jì)算機(jī)的能力與機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合，能夠自動(dòng)發(fā)現(xiàn)量子系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)。隨著新的量子計(jì)算機(jī)/模擬器問(wèn)世，算法會(huì)帶來(lái)更多驚喜：首先它可以幫助驗(yàn)證設(shè)備本身的性能，然后可利用這些設(shè)備理解越來(lái)越大的系統(tǒng)。”

研究人員表示，了解基本的物理學(xué)和量子系統(tǒng)模型，有助于我們掌握更多有關(guān)量子計(jì)算和量子感測(cè)技術(shù)方面的知識(shí)。

下一步，研究人員將擴(kuò)展算法，以探索更大的系統(tǒng)以及代表不同物理狀態(tài)或基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的不同類別的量子模型。

總編輯圈點(diǎn)

如果我們既不懂哈密頓，也不明白量子，那還能看懂這條消息嗎?很遺憾，不太能。但我們可以理解的是，量子力學(xué)的哈密頓描述無(wú)論對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)還是物理學(xué)來(lái)說(shuō)都有重大意義，這是用數(shù)學(xué)模型去描述和驗(yàn)證量子物理不可繞開的一步，其不但是現(xiàn)階段計(jì)算能力的展現(xiàn)，還是未來(lái)更深遠(yuǎn)理論拓展的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞： 新算法 量子系統(tǒng)模型