近日,科學(xué)家提出量子計算機(jī)處理某些學(xué)習(xí)任務(wù)的速度可以超越經(jīng)典計算機(jī)。相關(guān)論文發(fā)表在《科學(xué)》(Science)雜志。
圖片來自《科學(xué)》(Science)
隸屬于美國多家機(jī)構(gòu)(包括谷歌Quantum AI)的研究團(tuán)隊與澳大利亞研究人員,共同提出了一種理論,認(rèn)為量子計算機(jī)在處理某些學(xué)習(xí)任務(wù)時,應(yīng)比傳統(tǒng)計算機(jī)速度更快。在論文中,該團(tuán)隊描述了他們在谷歌“懸鈴木”Sycamore量子計算機(jī)上進(jìn)行測試的理論和結(jié)果。
對此,荷蘭萊頓大學(xué)副教授Vedran Dunjko在同期《科學(xué)》雜志發(fā)表了一篇Perspective前瞻性觀點文章,概述了這一想法:將量子計算與機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合,以研發(fā)一個具有新水平的、基于計算機(jī)的學(xué)習(xí)系統(tǒng)。
機(jī)器學(xué)習(xí)是一種學(xué)習(xí)系統(tǒng),其通過數(shù)據(jù)集訓(xùn)練過的計算機(jī),對新數(shù)據(jù)進(jìn)行基于一定信息的猜測。量子計算則涉及使用亞原子粒子來實現(xiàn)量子比特,以期比傳統(tǒng)計算機(jī)更快執(zhí)行應(yīng)用程序。
用量子計算機(jī)直接處理量子數(shù)據(jù)的實驗(右),可能比用經(jīng)典計算機(jī)測量量子態(tài)并處理結(jié)果的傳統(tǒng)實驗(左)具有更大優(yōu)勢,圖片來自谷歌Quantum AI Hook
前述研究人員認(rèn)為,用量子計算機(jī)直接處理量子數(shù)據(jù)的實驗,可能比用經(jīng)典計算機(jī)測量量子態(tài)并處理結(jié)果的傳統(tǒng)實驗具有更大優(yōu)勢。因此,他們提出在量子計算機(jī)上運(yùn)行機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用程序的想法,這或許可以使機(jī)器學(xué)習(xí)更好地進(jìn)行學(xué)習(xí),從而更具實用性。
為了驗證前述想法是否可行,研究人員創(chuàng)新性地設(shè)計了一個機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù),該任務(wù)可以通過多次重復(fù)的實驗來進(jìn)行學(xué)習(xí)。同時,他們提出了相關(guān)理論,以描述如何使用量子系統(tǒng)來進(jìn)行實驗,并從中學(xué)習(xí)。
研究人員表示,他們能夠證明量子計算機(jī)在前述機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)上,可以比經(jīng)典計算系統(tǒng)表現(xiàn)更優(yōu)異。團(tuán)隊構(gòu)建了一個系統(tǒng),并在谷歌“懸鈴木”Sycamore量子計算機(jī)上進(jìn)行了測試,通過使用40個超導(dǎo)量子比特和1300個量子門進(jìn)行實驗,證實了其理論。他們發(fā)現(xiàn),量子計算機(jī)學(xué)習(xí)一個概念所需的實驗次數(shù)比經(jīng)典計算系統(tǒng)要低四個數(shù)量級,并且這種優(yōu)勢在預(yù)測物理系統(tǒng)的性質(zhì)、執(zhí)行量子主成分分析和學(xué)習(xí)物理動力學(xué)方面均得到了展示。
前述工作表明,如果實用量子計算機(jī)被開發(fā)出來,它也許能夠以更大規(guī)模學(xué)習(xí)新事物。