量子处理器查找查询较少的位串

文章作者:EDN Asia万博官方app

IBM研究中心与雷神BBN公司合作，展示了量子计算机相对于传统计算机优势的第一个被证明的例子。

通过探测一个包含未知比特串的黑匣子，科学家团队发现，只需几个超导量子位就能比今天的计算机更快、更有效地发现隐藏的比特串。他们的研究“机器学习中量子优势的展示”发表在《自然量子信息》杂志上。

与经典的(非量子)算法相比，量子算法只需5个超导量子比特处理器，就能以高达100倍的计算步骤识别出序列，并更能容忍噪声。这比以往任何量子处理器和经典处理器之间的头对头比较都要大得多。

在某种程度上，量子算法的胜利在于提出正确的问题。这就好像经典的计算机被蒙住眼睛工作，在黑暗中跌跌撞撞，而量子方法迅速锁定正确的解决方案，”IBM研究所的量子计算科学家约翰·斯莫林(John Smolin)说。

雷神BBN公司的团队设计了一个黑匣子，按下一个按钮，它就会产生一串隐藏的比特(如0010)，用于经典计算和量子计算。传统的计算机逐个检查这些位元。每个结果都给出了一些关于隐藏字符串的信息，经典的计算机会多次查询黑盒，直到它能确定完整的答案。

研究人员说，量子计算机采用了一种量子算法，以一种与传统方法不同的方式来测量输出。量子计算机能够提取隐藏在量子相位中的信息，而经典算法对这些信息是完全盲的。然后像往常一样测量这些位元，大约一半的时间，隐藏的字符串可以立即读出。

图1:从oracle中出现的状态:a)测量计算基础会导致经典的分布;b)对所有量子位施加阿达玛门。在b)中，通过测量第一个位，正确的值被读出一半的时间。(来源:IBM Research)

这个位串挑战寻找缺失的信息，而不是经典计算机和量子计算机之间的计算马力比较。这就是为什么研究中使用的只有5个量子位的量子处理器可以比经典计算机在更少的查询中找到未知的位串。

据研究人员称，这是一种特殊的机器学习，当计算机获得有关某个领域的间接或嘈杂信息时，它会试图学习该领域。

随着隐藏字符串的大小增加，不仅查询的数量增加，而且经典计算机查找隐藏字符串所需的计算工作量也增加。到某个时候，一台拥有100-200量子位和足够大的量子体积的量子计算机将能够找到一根如此复杂的弦，以至于宇宙中剩下的时间将不足以让最强大的(非量子)超级计算机找到答案。