記者19日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊在光量子行走領(lǐng)域取得重大突破。他們利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為開放系統(tǒng)中混合量子態(tài)的有效擬設(shè)，并通過提高神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練效率，在具有內(nèi)稟高維結(jié)構(gòu)的開放光量子行走系統(tǒng)中，首次實現(xiàn)了高保真度混合量子態(tài)重構(gòu)。相關(guān)成果日前發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)·進(jìn)展》上。
量子行走在量子模擬和量子計算中具有重要研究價值。最近，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)開放量子系統(tǒng)的方法在理論上被提出。但隨著系統(tǒng)規(guī)模不斷增加，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)要保持對其混合量子態(tài)的高表達(dá)能力，就需要更為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。因此，直接應(yīng)用該方法重構(gòu)大規(guī)模開放量子行走中的演化狀態(tài)，將面臨復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練問題。
研究團(tuán)隊構(gòu)建新型干涉測量裝置以顯著增加測量基數(shù)目，并通過建立開放量子行走系統(tǒng)與受限玻爾茲曼機網(wǎng)絡(luò)模型之間的映射，以及開發(fā)新的梯度優(yōu)化算法高效訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，最終完成對具有一定規(guī)模的開放量子行走系統(tǒng)中混合量子態(tài)的有效表征。
研究顯示，僅利用相對于傳統(tǒng)態(tài)層析方法50%的測量基數(shù)目，即可實現(xiàn)平均保真度高達(dá)97.5%的開放光量子行走的完整混合量子態(tài)表征。同時，采用新算法的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練迭代次數(shù)可以減少一個數(shù)量級，并且可以高效規(guī)避局域極小值的影響，使損失函數(shù)到達(dá)更低取值，從而極大提高重構(gòu)保真度。
研究人員表示，這種高效的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)混合量子態(tài)層析方法為開放量子行走的廣泛應(yīng)用提供了新的可能性，并為進(jìn)一步研究噪聲輔助的量子計算和量子模擬奠定了基礎(chǔ)。
（記者吳長鋒）