近日，科學(xué)家提出量子計算機處理某些學(xué)習(xí)任務(wù)的速度可以超越經(jīng)典計算機。相關(guān)論文發(fā)表在《科學(xué)》(Science)雜志。
圖片來自《科學(xué)》(Science)
隸屬于美國多家機構(gòu)（包括谷歌Quantum AI）的研究團隊與澳大利亞研究人員，共同提出了一種理論，認(rèn)為量子計算機在處理某些學(xué)習(xí)任務(wù)時，應(yīng)比傳統(tǒng)計算機速度更快。在論文中，該團隊描述了他們在谷歌“懸鈴木”Sycamore量子計算機上進行測試的理論和結(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、基于計算機的學(xué)習(xí)系統(tǒng)。
機器學(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，對新數(shù)據(jù)進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)計算機更快執(zhí)行應(yīng)用程序。
用量子計算機直接處理量子數(shù)據(jù)的實驗（右），可能比用經(jīng)典計算機測量量子態(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，用量子計算機直接處理量子數(shù)據(jù)的實驗，可能比用經(jīng)典計算機測量量子態(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上運行機器學(xué)習(xí)應(yīng)用程序的想法，這或許可以使機器學(xué)習(xí)更好地進行學(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在前述機器學(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。團隊構(gòu)建了一個系統(tǒng)，并在谷歌“懸鈴木”Sycamore量子計算機上進行了測試，通過使用40個超導(dǎo)量子比特和1300個量子門進行實驗，證實了其理論。他們發(fā)現(xiàn)，量子計算機學(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被開發(fā)出來，它也許能夠以更大規(guī)模學(xué)習(xí)新事物。
