新物理AI将可能成为量子计算革命的关键

Posted 2021-01-08 rengong

　　新物理AI将可能成为量子计算革命的关键

　　据外媒报道，量子计算无疑是现在最令人兴奋的技术之一，但它的量子物理基础却让它成为了一个令人讨厌的概念理解甚至很难再展开其他事情。然而，最近物理学研究的一项突破可能会改变这一切并引发一场计算革命。不过这并不是第一次发生。

　　早在1943年，IBM的Thomas J Watson（Watson AI就是以他的名字命名的）曾说过一句名言:“我认为5台计算机足以满足整个世界市场。”这可能是因为当时的电脑个头非常大，一台就占据了整个房间。

　　但到了1971年，随着世界首批微处理器的发展，情况发生了变化。到了1975年，MITS Altair 8800的诞生开启了个人计算机时代。这也激励了年轻的比尔·盖茨--他曾是MITS的一名软件工程师--创立了一家名为微软的小型初创公司。

　　现在，我们离为传统电脑永远不会流行起来的时期已经过去了几十年时间，即便是小小的智能手机其处理能力都超过了所有运算阿波罗太空计算的超级电脑总和。

　　而量子计算也在沿着类似的轨迹发展。

　　目前，IBM、谷歌、微软、Rigetti以及其他公司的量子计算系统也跟老式房间般大大小的超级计算机非常相似。它们都是巨大的，它们需要大量的能源，它们只能在实验室环境才能运行。同样，不乏一些研究人员、科技记者和专家告诉人们，量子计算机永远不可能成为消费者可以使用的产品。

　　但就像微处理器的发明一样，量子计算领域的科学家们可能在最近发表的由一个国际科学小组进行的物理研究中发现了他们突发灵感的一刻。

　　在一篇题为《Using Machine Learning for Scientific Discovery in Electronic Quantum Matter Visualization Experiments》的论文中，研究小组探索了一个已有20年历史的假说--可能会导致问世超导体的产生。

　　来自康纳尔大学、哈佛大学、巴黎第十一大学、斯坦福大学、东京大学以及其他学术中心的研究人员对超导体为何只能在极地温度下导电展开研究。

　　在超导体中存在一个“铜酸盐”的物理问题，然而到现在还没有搞清楚它。它的基本原理是，当铜酸盐温度降低到它能传导的温度时，它就进入了一个被称为psuedogap的状态，然而对于这个过程研究人员无法确定到底发生了什么。根据《自然》杂志的说法，揭示psuedogap到底发生了什么则是理解整个过程的关键：“电子和原子之间的复杂作用使得pseudogap理论很难得以描述，其混沌属性也很难观察到。一些物理学家将这种状态称为铜酸盐‘暗物质’，然而却无法解释pseudogap可能是理解超导性关键的原因。”

　　为此，研究团队开发了一个机器学习模型以此找出上图所显示信息究竟是支持铜酸盐的psuedogap是粒子间强相互作用结果的假说还是其是弱相互作用波结果的假说。实验结果显示，psuedogap的表现更接近于粒子假说。不幸的是，由于这项研究没有第三个甚至更多的选项，所以还是很难确定这背后的具体原因。