光子量子芯片正使人工智能更智能、更環(huán)保

通過光量子計(jì)算機(jī)可以對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行分類，從而提高傳統(tǒng)方法的準(zhǔn)確性。圖：Iris Agresti

機(jī)器學(xué)習(xí)和量子計(jì)算是當(dāng)前最熱門的研究領(lǐng)域之一。一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究表明，即使是小規(guī)模的量子計(jì)算機(jī)也能提升機(jī)器學(xué)習(xí)算法的性能。維也納大學(xué)的國際研究團(tuán)隊(duì)在一臺(tái)光量子處理器上證明了這一點(diǎn)。這項(xiàng)最近發(fā)表在《 自然·光子學(xué) 》雜志上的工作，為光量子計(jì)算機(jī)展示了新的應(yīng)用前景。

近期的科學(xué)突破正在重塑未來技術(shù)的發(fā)展。一方面，機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能已經(jīng)從日常任務(wù)到科學(xué)研究等方面徹底改變了我們的生活。另一方面，量子計(jì)算已成為一種新的計(jì)算范式。

從這兩個(gè)有前景領(lǐng)域的結(jié)合中，一條新的研究線已經(jīng)開辟出來：量子機(jī)器學(xué)習(xí)。該領(lǐng)域旨在尋找算法在量子平臺(tái)上運(yùn)行時(shí)在速度、效率或準(zhǔn)確性方面的潛在提升。然而，在當(dāng)前技術(shù)水平的量子計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)這種優(yōu)勢仍然是一個(gè)開放性的挑戰(zhàn)。

這是國際研究團(tuán)隊(duì)邁出的下一步，由維也納大學(xué)的科學(xué)家設(shè)計(jì)了一項(xiàng)新穎的實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)裝置采用在米蘭理工大學(xué)（意大利）構(gòu)建的量子光子電路，該電路運(yùn)行由英國 Quantinuum 研究機(jī)構(gòu)首先提出的機(jī)器學(xué)習(xí)算法。目標(biāo)是利用光子量子計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行分類，并突出量子效應(yīng)的貢獻(xiàn)，以了解其相對(duì)于經(jīng)典計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢。實(shí)驗(yàn)表明，即使是小型量子處理器也能比傳統(tǒng)算法表現(xiàn)更好。"我們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于特定任務(wù)，我們的算法比其經(jīng)典對(duì)應(yīng)算法犯的錯(cuò)誤更少"，維也納大學(xué)的 Philip Walther 解釋道，他是該項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人。"這意味著現(xiàn)有的量子計(jì)算機(jī)可以在不必超越最先進(jìn)技術(shù)的情況下展現(xiàn)出良好的性能"，論文的第一作者鄭昊因在《Nature Photonics》上發(fā)表的成果補(bǔ)充道。

另一個(gè)有趣的新研究方面是，光子平臺(tái)相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)可以消耗更少的能量。"這在未來可能至關(guān)重要，因?yàn)闄C(jī)器學(xué)習(xí)算法由于能耗過高而變得不可行，"合著者 Iris Agresti 強(qiáng)調(diào)。

研究人員的成果對(duì)量子計(jì)算有影響，因?yàn)樗_定了受益于量子效應(yīng)的任務(wù)，同時(shí)也對(duì)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算有影響。實(shí)際上，可以設(shè)計(jì)出受量子架構(gòu)啟發(fā)的全新算法，從而提高性能并減少能耗。