人工智能是我們現(xiàn)代生活的一部分，通過機器學(xué)習(xí)讓語音識別和數(shù)字個人助理等越來越智能。但實際應(yīng)用的一個關(guān)鍵問題是，這種智能機器的學(xué)習(xí)速度有多快。維也納大學(xué)的一項實驗回答了這個問題，表明量子技術(shù)能夠加速學(xué)習(xí)過程。在奧地利、德國、荷蘭和美國的一項國際合作中，物理學(xué)家們利用一個用于單個光子的量子處理器作為機器人，取得了這一成果。這項工作對未來量子人工智能應(yīng)用的發(fā)展做出了貢獻，論文發(fā)表在最新一期的《自然》雜志上。
最近量子技術(shù)的巨大進步也證實了量子物理學(xué)的魅力，不僅體現(xiàn)在其奇特而令人費解的理論上，也體現(xiàn)在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用上。因此，合并兩個領(lǐng)域的想法是:一方面，人工智能及其自主機器;另一方面，量子物理有著強大的算法。
在過去的幾年里，許多科學(xué)家開始研究如何將這兩個世界連接起來，并研究量子力學(xué)在哪些方面可以證明對學(xué)習(xí)型機器人有益，反之亦然。一些令人著迷的結(jié)果顯示，機器人可以更快地決定下一步行動，或者使用特定的學(xué)習(xí)技術(shù)設(shè)計新的量子實驗。然而，機器人仍然無法更快地學(xué)習(xí)，這是日益復(fù)雜的自主機器發(fā)展的一個關(guān)鍵特征。
在一個由菲利普·沃爾特領(lǐng)導(dǎo)的國際合作，包括一個來自維也納大學(xué)的實驗物理學(xué)家團隊，因斯布魯克大學(xué)、奧地利科學(xué)院、萊頓大學(xué)和德國航空航天中心的理論家，已經(jīng)成功地首次在實驗中證明了加速實際機器人的學(xué)習(xí)時間。該團隊將單光子(光的基本粒子)耦合到由麻省理工學(xué)院設(shè)計的集成光子量子處理器中。該處理器被置于機器人，用于執(zhí)行學(xué)習(xí)任務(wù)。在這里，機器人將學(xué)會將單個光子傳送到預(yù)先設(shè)定的方向。該論文的第一作者瓦萊里婭?薩喬表示:“實驗可以表明，與不使用量子物理的情況相比，學(xué)習(xí)時間顯著減少。”
簡而言之，我們可以想象一個機器人站在十字路口，學(xué)習(xí)如何總是左轉(zhuǎn)來理解這個實驗。當(dāng)機器人做出正確的動作時，它通過獲得獎勵來學(xué)習(xí)。現(xiàn)在，如果機器人被放置在我們通常的經(jīng)典世界中，那么它會嘗試左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)，只有選擇了左轉(zhuǎn)，它才會得到獎勵。相比之下，當(dāng)機器人利用量子技術(shù)時，量子物理學(xué)的奇異方面就發(fā)揮了作用。這個機器人現(xiàn)在可以利用量子力學(xué)最著名和獨特的特點之一——疊加原理。簡單來說，想象機器人能同時左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎。這一關(guān)鍵特性使量子搜索算法得以實現(xiàn)，從而減少了學(xué)習(xí)正確路徑的試驗次數(shù)。量子計算可以增強機器學(xué)習(xí)的實驗證明了這兩種技術(shù)的結(jié)合具有極大優(yōu)勢。
參考資料：
https://phys.org/news/2021-03-robots-faster-quantum-technology.html
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03242-7
