您的位置︰首頁 >互聯網 >

360彩票

2020-04-01 09:24:37 來源︰

邁(mai)向實用量子計算的一步,來自(zi)MIT,Google和其他地方的nan)芯咳ren)員設(she)計了一種系(xi)統,可以驗證量子芯片何時能(neng)夠準確(que)執行傳(chuan)統計算機(ji)無法執行的復雜計算。

量子芯片使用稱為(wei)“量子位”的量子位執行計算,量子位可以表示jing)雜τ誥 潿莆壞牧礁鱟刺0或(huo)1)或(huo)兩個狀態的“量子疊加”。獨特的疊加狀態可以使量子計算機(ji)解決經典計算機(ji)幾乎無法解決的問題(ti),從(cong)而可能(neng)在材料設(she)計,藥物發現和tu)ji)器學習等que)矯嬡〉de)突(tu)破。

完整的量子計算機(ji)將需要(yao)數百萬個量子位,但這(zhe)還(huai)不可行。在過(guo)去的幾年中,研究人(ren)員已(yi)開始開發包含大約50至(zhi)100量子位的“噪聲(sheng)中級量子”(NISQ)芯片。這(zhe)足(zu)以證明“量子優(you)勢”,這(zhe)意味(wei)著NISQ芯片可以解決某些傳(chuan)統計算機(ji)難(nan)以處理(li)的算法。但是,驗證芯片是否按預(yu)期(qi)執行操(cao)作會非常低效。芯片的輸出看起來可能(neng)完全(quan)是隨機(ji)的,因(yin)此需要(yao)很(hen)長時間來模擬步驟以確(que)定一切(qie)是否按計劃進行。

在《自(zi)然物理(li)學》fei)戲 淼囊黃(huang) 畚鬧校 芯咳ren)員描述了一種新穎(ying)的協議,可以有效地驗證NISQ芯片已(yi)經執行了所(suo)有正確(que)的量子操(cao)作。他們(men)在定制量子光(guang)子芯片上xian)誦械囊桓齜淺@kun)難(nan)的量子問題(ti)上驗證了其協議。

“隨著工(gong)業和學術界的飛(fei)速發展,我們(men)已(yi)經超越了能(neng)超越傳(chuan)統機(ji)器的量子機(ji)器的風口浪尖,量子驗證的任(ren)務變(bian)得(de)至(zhi)關重要(yao),”電子工(gong)程(cheng)和計算機(ji)科(ke)學系(xi)的博士後第一作者雅克·卡洛(luo)蘭(Jacques Carolan)說。 EECS)和電子研究實驗室(RLE)。“我們(men)的技ji)蹺wei)驗證多種zhi)孔酉xi)統cheng) gong)了重要(yao)工(gong)具。因(yin)為(wei)如果我投資數十億美(mei)元來制造量子芯片,那肯(ken)定會做一些有趣的事情。”

麻省理(li)工(gong)學院的EECS和RLE的nan)芯咳ren)員以及Google Quantum AI實驗室,Elenion Technologies,Lightmatter和Zapata Computing的nan)芯咳ren)員也與Carolan一同(tong)加入(ru)了論文。

分而治之(zhi)

研究人(ren)員的工(gong)作實質(zhi)上是將量子電路fei)傻氖涑雋孔幼刺 匪蕕揭(jie)yi)知的輸入(ru)狀態。這(zhe)樣做可以揭(jie)示jing)允淙ru)執行了哪(na)些電路操(cao)作以產生輸出。這(zhe)些操(cao)作應始終與研究人(ren)員編(bian)寫的程(cheng)序匹(pi)配。如果不是這(zhe)樣,研究人(ren)員可以使用這(zhe)些信息來確(que)定芯片上哪(na)里出了問題(ti)。

卡羅蘭說,新協議的核心是“可變(bian)量子解采樣”,它是一種“分而治之(zhi)”的方法,它將輸出量子狀態分解為(wei)多個塊。“我們(men)不需要(yao)一次很(hen)長時間地完成全(quan)部操(cao)作,而是逐層進行這(zhe)項無擾的工(gong)作。這(zhe)使我們(men)能(neng)夠分解問題(ti),以更有效的方式(shi)解決它。” Carolan說。

為(wei)此,研究人(ren)員從(cong)神經網絡中汲(ji)取了靈感-神經網絡通過(guo)多層計算解決了問題(ti)-建(jian)立了一個新穎(ying)的“量子神經網絡”(QNN),其中每個層代表一組量子運算。

為(wei)了運行QNN,他們(men)使用me) 車墓柚圃旒際(ji)趵垂gou)建(jian)一個2 x 5毫米NISQ芯片,該芯片具有170多個控制參數,這(zhe)些可調電路組件使操(cao)縱光(guang)子路徑(jing)更加容易。成對的光(guang)子從(cong)外部組件以特定的波長生成,並注入(ru)到芯片中。光(guang)子穿過(guo)芯片的移(yi)相器(它們(men)會改變(bian)光(guang)子的路徑(jing))相互干擾。這(zhe)將產生一個隨機(ji)的量子輸出狀態-表示在計算過(guo)程(cheng)中將發生的情況(kuang)。輸出由一組外部光(guang)電探測器傳(chuan)感器測量。

該輸出將發送到QNN。第一層使用復雜的優(you)化技ji)趵賜誥蜞性擁氖涑觶 圓cha)明所(suo)有加在一huang)鸕牡dan)個光(guang)子的簽名。然後,它“解擾”該組中的單(dan)個光(guang)子,以識別(bie)哪(na)些電路操(cao)作將其返(fan)回到其已(yi)知的輸入(ru)狀態。這(zhe)些操(cao)作應與任(ren)務的電路特定設(she)計完全(quan)匹(pi)配。所(suo)有後續(xu)層都(du)進行相同(tong)的計算-從(cong)方程(cheng)式(shi)中刪除(chu)以前未(wei)加密的光(guang)子-直(zhi)到所(suo)有xie)guang)子都(du)未(wei)加密。

例如,假(jia)設(she)輸入(ru)到處理(li)器的量子位的輸入(ru)狀態全(quan)為(wei)零(ling)。NISQ芯片對量子位執行一堆操(cao)作,以生成大量的,看似隨機(ji)變(bian)化的數字(zi)作為(wei)輸出。(輸出數量將一直(zhi)處于量子疊加狀態,因(yin)此會不斷變(bian)化。)QNN選擇該me)罅渴康目欏H緩螅 鴆閎que)定哪(na)些操(cao)作將每個量子位還(huai)原(yuan)回其輸入(ru)狀態零(ling)。如果有任(ren)何操(cao)作與原(yuan)始計劃的操(cao)作不同(tong),則(ze)說de) 魷至(zhi)宋侍ti)。研究人(ren)員可以檢查(cha)預(yu)期(qi)輸出與輸入(ru)狀態之(zhi)間的不huang)pi)配情況(kuang),並使用該信息來調整電路fei)杓啤/p>

玻色子“未(wei)采樣”

在實驗中,研究小組成功運行了一項流行的計算任(ren)務,該任(ren)務用于證明量子優(you)勢,稱為(wei)“玻色子采樣”,通常在光(guang)子芯片上執行。在本練習中,移(yi)相器和其他光(guang)學組件將操(cao)縱一組輸入(ru)光(guang)子並將其轉換為(wei)輸出光(guang)子的不同(tong)量子疊加。最(zui)終,任(ren)務是計算某個輸入(ru)狀態與某個輸出狀態匹(pi)配的概率。從(cong)本質(zhi)上講,這(zhe)將是一些概率分布的nan)盡/p>

但是由于光(guang)子的不可預(yu)測的行為(wei),經典計算機(ji)幾乎不可能(neng)計算這(zhe)些樣本。從(cong)理(li)論上講,NISQ芯片可以相當快地計算它們(men)。但是,由于NISQ操(cao)作和任(ren)務本身的復雜性,到目前為(wei)止,還(huai)沒有方法可以快速,輕松地進行驗證。

卡洛(luo)蘭說︰“賦(fu)予(yu)這(zhe)些芯片量子計算能(neng)力的相同(tong)特性幾乎使它們(men)無法驗證。”

在實驗中,研究人(ren)員能(neng)夠在其自(zi)定義NISQ芯片上“解采樣”遇到玻色子采樣問題(ti)的兩個光(guang)子-而且只(zhi)需一小段時間即可采用me) 車難(nan)櫓?椒 /p>

“這(zhe)是一huang) 鏨 穆畚模 褂梅竅xian)性量子神經網絡來學習黑匣子執行的未(wei)知unit運算,”約克大學專門研究量子技ji)醯募撲慊ji)科(ke)學教授Stefano Pirandola說。“很(hen)明顯(xian),該方案對于驗證由量子電路(例如,由NISQ處理(li)器執行)的實際(ji)門可能(neng)非常有用。從(cong)這(zhe)個角度來看,該方案是未(wei)來量子工(gong)程(cheng)師的重要(yao)基準測試工(gong)具。這(zhe)個想法明顯(xian)地在光(guang)子量子芯片上實現zhi)恕rdquo;

卡羅蘭說,盡管該方法是為(wei)量子驗證目的而設(she)計的,但它也可以幫助(zhu)捕獲有用的物理(li)性質(zhi)。例如,某些分子在激發時會振(zhen)動(dong),然後基于這(zhe)些振(zhen)動(dong)發出光(guang)子。通過(guo)將這(zhe)些光(guang)子注入(ru)光(guang)子芯片,Carolan說,解擾技ji)蹩捎糜詵 鐘泄(xie)嗇切(qie)┐腫擁牧孔佣dong)力學的信息,以幫助(zhu)進行生物工(gong)程(cheng)分子設(she)計。它也可以用mei)唇餿判xie)帶量子信息的光(guang)子,這(zhe)些量子信息通過(guo)湍流空(kong)間或(huo)材料而積累了噪聲(sheng)。

卡羅蘭說︰“夢想是將其應用于物理(li)世(shi)界中有趣的問題(ti)。”


鄭重聲(sheng)明︰本文版權歸原(yuan)作者所(suo)有,轉載文章僅為(wei)傳(chuan)播更多信息之(zhi)目的,如作者信息標記有誤,請第一時間聯系(xi)我們(men)qie)薷幕huo)刪除(chu),多謝。
360彩票 | 下一页