AI和量子計(jì)算都是前沿的研究，相比AI的規(guī)模化應(yīng)用，量子計(jì)算還面臨諸多挑戰(zhàn)。近日，科學(xué)家們獨(dú)立開發(fā)出了一種前所未有的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模擬開放量子系統(tǒng)的方法， 這將是解決量子科學(xué)和量子信息中幾個突出問題的前提。

一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的新計(jì)算方法可以模擬多功能的開放量子系統(tǒng)，這是前所未有的。該方法由EPFL、法國、英國和美國的物理學(xué)家獨(dú)立開發(fā)，并發(fā)表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）期刊上。即使在日常生活，自然也受量子物理定律的支配。這些定律解釋了普通現(xiàn)象，如光、聲、熱，甚至是臺球桌上球的軌跡。但是當(dāng)應(yīng)用于大量相互作用粒子時，量子物理定律實(shí)際上預(yù)測了各種違背直覺的現(xiàn)象。

為了研究由許多粒子組成的量子系統(tǒng)，物理學(xué)家必須首先能夠模擬它們。這可以通過超級計(jì)算機(jī)求解，來描述其內(nèi)部工作的方式來實(shí)現(xiàn)。但是，雖然摩爾定律預(yù)測計(jì)算機(jī)的處理能力每兩年翻一番，但這與解決量子物理挑戰(zhàn)所需的能力相去甚遠(yuǎn)。

原因是預(yù)測量子系統(tǒng)的特性非常復(fù)雜，根據(jù)量子系統(tǒng)的大小不同，要求計(jì)算能力以指數(shù)型增長，這是一項(xiàng)“本質(zhì)上復(fù)雜”的任務(wù)。理論物理實(shí)驗(yàn)室主任Vincenzo Savona教授如此說，他是在EPFL負(fù)責(zé)Laboratory of Theoretical Physics of Nanosystems。

“當(dāng)量子系統(tǒng)開放時，情況變得更加復(fù)雜，這意味著它會受到周圍環(huán)境的干擾，” Savona補(bǔ)充道。然而，能有效模擬開放量子系統(tǒng)的工具是續(xù)費(fèi)需要的，因?yàn)榱孔涌茖W(xué)和技術(shù)的大多數(shù)現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)平臺都是開放系統(tǒng)，物理學(xué)家一直在尋找新的方法來模擬和測試它們。

但是，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬量子系統(tǒng)的新計(jì)算方法已經(jīng)取得了重大進(jìn)展。該方法由Savona和他的博士生Alexandra Nagy在EPFL開發(fā) - 由巴黎狄德羅大學(xué)的科學(xué)家、愛丁堡的赫瑞瓦特大學(xué)和紐約的Flatiron研究所獨(dú)立開發(fā)。整篇文章正在《物理評論快報》的三篇論文中發(fā)表。

“我們基本上將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和機(jī)器學(xué)習(xí)的進(jìn)步與量子蒙特卡羅工具相結(jié)合，” Savona說，他指的是物理學(xué)家用來研究復(fù)雜量子系統(tǒng)的大型計(jì)算方法工具包。科學(xué)家訓(xùn)練了一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來同時表示量子系統(tǒng)可以通過其環(huán)境的影響投射的許多量子態(tài)。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法允許物理學(xué)家預(yù)測不同大小和任意幾何的量子系統(tǒng)的性質(zhì)。“這是一種新穎的計(jì)算方法，解決了開放式量子系統(tǒng)的問題，具有多功能性和擴(kuò)展的潛力，” Savona說。該方法將成為研究復(fù)雜量子系統(tǒng)的首選工具，并且將在未來展望更多，以評估噪聲對量子硬件的影響。