創(chuàng)建量子計(jì)算機(jī)既昂貴又費(fèi)時(shí)，并且不能保證所產(chǎn)生的設(shè)備具有任何量子優(yōu)勢(shì)-也就是說(shuō)，它們的運(yùn)行速度通常不會(huì)比常規(guī)計(jì)算機(jī)快。因此研究人員需要工具來(lái)預(yù)測(cè)給定的量子設(shè)備是否具有量子優(yōu)勢(shì)。
實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的方法之一是量子游走。簡(jiǎn)而言之，該方法可以可視化為在某個(gè)位于量子電路下面的網(wǎng)絡(luò)中傳播的粒子。如果粒子從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)到另一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的量子行進(jìn)比其經(jīng)典模擬更快，則基于該電路的設(shè)備將具有量子優(yōu)勢(shì)。尋找這樣的高級(jí)網(wǎng)絡(luò)是量子步行專家解決的重要任務(wù)。
莫斯科物理技術(shù)學(xué)院，瓦里耶夫物理技術(shù)學(xué)院和ITMO大學(xué)的俄羅斯研究人員創(chuàng)建了一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)會(huì)了通過(guò)分析量子網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)來(lái)預(yù)測(cè)其行為。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以自主找到非常適合量子優(yōu)勢(shì)演示的解決方案。這將有助于研究人員開(kāi)發(fā)新的高效量子計(jì)算機(jī)。該發(fā)現(xiàn)發(fā)表在“ 新物理學(xué)雜志”上。
通過(guò)量子力學(xué)計(jì)算解決了現(xiàn)代科學(xué)中的許多問(wèn)題。其中一些例子是對(duì)化學(xué)反應(yīng)的研究，以及在醫(yī)藥，制藥和其他行業(yè)中尋找穩(wěn)定的分子結(jié)構(gòu)。所涉及問(wèn)題的量子性質(zhì)使量子計(jì)算更適合于它們。相反，經(jīng)典計(jì)算往往只返回龐大的近似解。
俄羅斯研究人員所做的是訓(xùn)練一個(gè)AI模型來(lái)區(qū)分網(wǎng)絡(luò)并確定給定網(wǎng)絡(luò)是否具有量子優(yōu)勢(shì)。這指出了構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)的良好候選網(wǎng)絡(luò)。該團(tuán)隊(duì)使用了面向圖像識(shí)別的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。鄰接矩陣與輸入和輸出節(jié)點(diǎn)的編號(hào)一起用作輸入數(shù)據(jù)。該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)返回是否給定的節(jié)點(diǎn)之間的經(jīng)典或量子游走將更快的預(yù)測(cè)。
MIPT理論物理學(xué)系副教授Leonid Fedichkin說(shuō)：“這種方法行不通，但它確實(shí)有效。我們已經(jīng)成功地訓(xùn)練了計(jì)算機(jī)，以自動(dòng)預(yù)測(cè)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)是否具有量子優(yōu)勢(shì)。” 。
MIPT畢業(yè)生和ITMO大學(xué)研究人員Alexey Melnikov說(shuō)：“量子行為和經(jīng)典行為之間的界線常常模糊不清。我們研究的顯著特征是由此產(chǎn)生的專用計(jì)算機(jī)視覺(jué)，能夠識(shí)別網(wǎng)絡(luò)空間中的這一細(xì)線。”
與他們的合著者Alexander Alodjants一起，研究人員創(chuàng)建了一種工具，該工具簡(jiǎn)化了基于量子算法的計(jì)算電路的開(kāi)發(fā)。最終的設(shè)備將在生物光子學(xué)和材料科學(xué)中引起人們的興趣。
量子游走描述得很好的過(guò)程之一是光敏蛋白如視紫紅質(zhì)或葉綠素的激發(fā)。蛋白質(zhì)是一種復(fù)雜的分子，其結(jié)構(gòu)類似于網(wǎng)絡(luò)。解決形式上涉及發(fā)現(xiàn)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的量子行走時(shí)間的問(wèn)題，實(shí)際上可能揭示出電子在分子中特定位置發(fā)生的變化，它將移動(dòng)的位置以及它將引起何種激發(fā)。
與基于量子位和門(mén)的體系結(jié)構(gòu)相比，預(yù)計(jì)量子游走將為實(shí)現(xiàn)自然現(xiàn)象的量子計(jì)算提供更簡(jiǎn)便的方法。原因是步行本身是自然的物理過(guò)程。