Algoritmus umělé inteligence pomáhá rozluštit fyziku kvantových systémů

Zřízení centra pro uvolnění dusíku použitého pro první experimentální demonstraci QMLA. Fotografický kredit: Gentile et al.

Protokol pro Hamiltonovy modely reverzního inženýrství zlepšuje automatizaci kvantových zařízení.

Vědci z Bristolská univerzitaLaboratoře Quantum Engineering Technology Labs (QETLabs) vyvinuly algoritmus, který poskytuje cenné poznatky o fyzice, která je základem kvantových systémů. To připravuje půdu pro významný pokrok v kvantovém výpočtu a získávání a potenciálně otevírá novou stránku vědeckého výzkumu.

Ve fyzice jsou částicové systémy a jejich vývoj popsány matematickými modely, které vyžadují úspěšnou interakci teoretických argumentů a experimentální ověření. Popis částicových systémů, které spolu interagují na kvantově mechanické úrovni, je ještě složitější, což se často děje s Hamiltonovým modelem. Proces formulování Hamiltonových modelů z pozorování ještě více ztěžuje povaha kvantových stavů, které se při pokusu o jejich studium zhroutí.

V práci se učí modely kvantových systémů z experimentů, publikované v Přírodní fyzikaKvantová mechanika QET Labs v Bristolu popisuje algoritmus, který tyto výzvy překonává tím, že funguje jako autonomní agent a Hamiltonovy reverzní inženýrství využívá strojové učení.

Tým vyvinul nový protokol pro formulaci a validaci přibližných modelů pro kvantové zájmové systémy. Váš algoritmus pracuje autonomně a navrhuje a provádí experimenty s cílovým kvantovým systémem, přičemž výsledná data se vrací zpět do algoritmu. K popisu cílového systému jsou navrženy Hamiltonovy kandidátské modely a je mezi nimi rozlišováno na základě statistických metrik, zejména Bayesových faktorů.

Vzrušující bylo, že tým dokázal úspěšně demonstrovat schopnost algoritmu v reálném kvantovém experimentu s centry defektů v diamantu, dobře prostudovanou platformou pro zpracování kvantových informací a kvantové snímání.

Algoritmus lze použít k podpoře automatizované charakterizace nových zařízení, jako jsou kvantové senzory. Tento vývoj proto představuje zásadní průlom ve vývoji kvantových technologií.

“Kombinací síly dnešních superpočítačů se strojovým učením jsme byli schopni automaticky objevit struktury v kvantových systémech.” Jakmile budou k dispozici nové kvantové počítače / simulátory, bude algoritmus více vzrušující: nejprve může pomoci zkontrolovat výkon samotného zařízení a poté pomocí těchto zařízení porozumět větším a větším systémům, “řekl Brian Flynn z QETLabs a University of Bristol Centrum kvantového inženýrství pro doktorské vzdělávání.

“Tento stupeň automatizace umožňuje udržovat bezpočet hypotetických modelů před výběrem optimálního.” Tento úkol by jinak byl skličující pro systémy, jejichž složitost se neustále zvyšuje, “uvedl Andreas Gentile, dříve QETLabs z Bristolu, nyní ve společnosti Qu & Co.

„Pochopení základní fyziky a modelů použitých k popisu kvantových systémů nám pomáhá rozšířit naše znalosti o technologiích, které jsou vhodné pro kvantový výpočet a kvantové získávání,“ řekl Sebastian Knauer, který pracoval a nyní působí v bristolovské QETLabs na Fakultě fyziky Vídeňská univerzita.

Anthony Laing, co-ředitel QETLabs a docent na Bristolské škole fyziky a autor článku, ocenil tým: „V minulosti jsme při objevování nové fyziky spoléhali na genialitu a tvrdou práci vědců. To je místo, kde tým možná obrátil novou stránku ve vědeckém výzkumu tím, že dal strojům schopnost učit se z experimentů a objevovat novou fyziku. Důsledky by mohly být skutečně dalekosáhlé. “

Dalším krokem výzkumu je rozšíření algoritmu o studium větších systémů a různých tříd kvantových modelů, které představují různé fyzikální režimy nebo základní struktury.

Odkaz: „Učící se modely kvantových systémů z experimentů“, Gentile et al., 29. dubna 2021, Přírodní fyzika.
DOI: 10.1038 / s41567-021-01201-7

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Skladování obnovitelné energie v kamenech místo lithiových baterií

V případě přebytku elektřiny z větru nebo slunce se energetická rezerva nabije. To se děje prostřednictvím systému kompresorů a turbín, které čerpají tepelnou...

Houby mohou léčit bakterie a obohatit půdu o živiny

Aeroskulární mykorhizní houby se rozprostírají přes dlouhé vláknité struktury zvané krásně až k zemi. Krásy, menší než lidské vlasy, lze vidět mezi kořeny...

Světlo zapíná barvy a vzory objektů

Nový systém využívá ultrafialové světlo, které se promítá na objekty natřené barvou aktivující světlo, ke změně reflexních vlastností barvy a vytváření obrazů během několika...

Ne! Je pravděpodobnější, že žádosti o půjčku zpracované kolem poledne budou zamítnuty

Úředníci bankovních půjček pravděpodobněji budou schvalovat žádosti o půjčky dříve a později během dne, zatímco „únava z rozhodování“ kolem poledne je spojena s nedodržováním...

Náročné modely před oddělením v Bothnian Bay

19. dubna 2021 Mořský led na severu Baltského moře vykazuje některé přesvědčivé vzory, než se na jaře roztaví a setře. Na rozdíl od mořského ledu, který...

Newsletter

Subscribe to stay updated.