蘭開(kāi)斯特大學(xué)的研究人員是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的成員，該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了一種機(jī)器學(xué)習(xí)算法，該算法可與量子設(shè)備連接，并且比人類(lèi)專(zhuān)家更快地“調(diào)試”它，而無(wú)需任何人工輸入。

牛津大學(xué)與DeepMind，巴塞爾大學(xué)和蘭開(kāi)斯特大學(xué)合作的研究人員將其稱(chēng)為“用于量子設(shè)備的Minecraft探索器”。

經(jīng)典計(jì)算機(jī)由數(shù)十億個(gè)晶體管組成，它們一起可以執(zhí)行復(fù)雜的計(jì)算。這些晶體管在制造過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)小的缺陷，但通常不會(huì)影響計(jì)算機(jī)的運(yùn)行。但是，在量子計(jì)算機(jī)中，類(lèi)似的缺陷會(huì)嚴(yán)重影響其行為。

在原型半導(dǎo)體量子計(jì)算機(jī)中，糾正這些缺陷的標(biāo)準(zhǔn)方法是調(diào)節(jié)輸入電壓以消除它們。此過(guò)程稱(chēng)為調(diào)整。但是，即使對(duì)于單個(gè)量子器件，識(shí)別電壓調(diào)整的正確組合也需要大量時(shí)間。這實(shí)際上使構(gòu)建有用的通用量子計(jì)算機(jī)所需的數(shù)十億個(gè)設(shè)備成為不可能。

Nature Communications的科學(xué)家們描述了一種解決該問(wèn)題的機(jī)器學(xué)習(xí)算法。他們希望通過(guò)擺脫量子裝置之間的差異，使大型量子電路變得可行，并釋放從醫(yī)學(xué)到密碼學(xué)等領(lǐng)域的量子技術(shù)的潛力。

牛津大學(xué)材料系的主要作者納塔利婭·阿里斯(Natalia Ares)博士說(shuō)：“迄今為止，調(diào)諧困難一直是構(gòu)建大型量子電路的主要障礙，因?yàn)檫@項(xiàng)任務(wù)很快變得很棘手。我們已經(jīng)證明，使用機(jī)器學(xué)習(xí)可以完全自動(dòng)地完成對(duì)量子設(shè)備的調(diào)整。該演示展示了通往量子處理器可擴(kuò)展性的有希望的途徑。

科學(xué)家的機(jī)器學(xué)習(xí)算法采用與Minecraft播放器類(lèi)似的方法。在這個(gè)游戲中，玩家經(jīng)常在黑暗的洞穴中，不得不尋找礦石。他們可以使用手電筒照亮洞穴的一部分，一旦發(fā)現(xiàn)一些礦石，人們期望在附近發(fā)現(xiàn)更多的礦石。但是，有時(shí)值得探索洞穴的其他地方，在那里可以找到更多的礦石。這是勘探與開(kāi)發(fā)之間的權(quán)衡。在這種情況下，機(jī)器必須為量子設(shè)備(礦石)找到正確的工作條件，并為此目的探索一個(gè)黑暗的洞穴(由電壓定義的參數(shù)空間)。一旦找到了良好的運(yùn)行條件，就應(yīng)該在開(kāi)發(fā)-探索之間進(jìn)行權(quán)衡?；鹁媸橇孔釉O(shè)備的量度，價(jià)格昂貴，因此稀缺，

阿瑞斯博士說(shuō)：“我們驚訝的是，該機(jī)器比實(shí)驗(yàn)室中的人類(lèi)更好，我們多年來(lái)一直在學(xué)習(xí)如何有效地調(diào)諧量子設(shè)備。對(duì)于人類(lèi)來(lái)說(shuō)，這需要培訓(xùn)，有關(guān)設(shè)備物理的知識(shí)和一些直覺(jué)!

“我們的最終目標(biāo)是完全自動(dòng)化大型量子電路的控制，為利用量子物理學(xué)特殊性的全新技術(shù)開(kāi)辟道路。”

蘭開(kāi)斯特大學(xué)物理系的另一位作者 愛(ài)德華·萊德博士補(bǔ)充說(shuō)：“當(dāng)我在2000年代當(dāng)博士學(xué)位時(shí)(與多米尼克·祖姆布爾在同一實(shí)驗(yàn)室，后者是巴塞爾大學(xué)的該項(xiàng)目的合作者之一)，我通常會(huì)花費(fèi)數(shù)周的時(shí)間手動(dòng)調(diào)整一個(gè)原型qubit。大家都知道，有一天我們需要使任務(wù)自動(dòng)化，但是我不知道該怎么做。借助機(jī)器學(xué)習(xí)，我們現(xiàn)在可以看到一種實(shí)現(xiàn)方法。我希望不久我們將能夠使用我們的方法來(lái)完全調(diào)整小型量子計(jì)算機(jī)。”

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