Algoritmul de inteligență artificială ajută la dezlegarea fizicii subiacente a sistemelor cuantice

Configurația centrului de azot vacant, care a fost utilizată pentru prima demonstrație experimentală a QMLA. Credit: Gentile și colab.

Protocolul pentru ingineria inversă a modelelor hamiltoniene avansează automatizarea dispozitivelor cuantice.

Oamenii de știință din Universitatea din BristolLaboratoarele de inginerie cuantică (QETLabs) au dezvoltat un algoritm care oferă informații valoroase despre fizica care stă la baza sistemelor cuantice, deschizând calea pentru progrese semnificative în calculul și detectarea cuantică și, eventual, transformând o nouă pagină în cercetare științifică.

În fizică, sistemele de particule și evoluția lor sunt descrise prin modele matematice, care necesită interacțiunea cu succes a argumentelor teoretice și verificarea experimentală. Chiar și mai complexă este descrierea sistemelor de particule care interacționează între ele la nivel mecanic cuantic, care se face adesea folosind un model hamiltonian. Procesul de formulare a modelelor hamiltoniene din observații este și mai dificil de natura stărilor cuantice, care se scufundă atunci când se încearcă inspectarea lor.

În lucrare, Învățarea modelelor sistemelor cuantice din experimente, publicată în Fizica naturii, mecanica cuantică a laboratoarelor QET din Bristol descrie un algoritm care depășește aceste provocări acționând ca un agent independent, prin învățarea automată pentru ingineria inversă a modelelor hamiltoniene.

Echipa a dezvoltat un nou protocol pentru a formula și valida modele aproximative pentru sistemele cuantice de interes. Algoritmul său funcționează autonom, proiectând și realizând experimente cu sistemul cuantic țintă, datele rezultate fiind returnate algoritmului. El propune modele Hamiltoniene candidate pentru a descrie sistemul obiectiv și a le distinge prin metrici statistice, adică factori bayesieni.

În mod interesant, echipa a reușit să demonstreze cu succes capacitatea algoritmului într-un experiment cuantic din viața reală care implică centre de defecte într-un diamant, o platformă bine studiată pentru procesarea informațiilor cuantice și detectarea cuantică.

Algoritmul ar putea fi folosit pentru a ajuta la caracterizarea automată a dispozitivelor noi, cum ar fi senzorii cuantici. Prin urmare, această dezvoltare reprezintă un progres semnificativ în dezvoltarea tehnologiilor cuantice.

„Combinând puterea supercomputerelor actuale cu învățarea automată, am reușit să descoperim automat structura sistemelor cuantice. Pe măsură ce noile computere cuantice / simulatoare devin disponibile, algoritmul devine mai interesant: poate ajuta mai întâi să verifice performanța dispozitivului în sine și apoi să exploateze acele dispozitive pentru a înțelege sisteme din ce în ce mai mari ”, a spus Brian Flynn, de la QETLabs la Universitate al Centrului de instruire doctorală Bristol pentru ingineria cuantică.

„Acest nivel de automatizare ne permite să amuzăm o mulțime de modele ipotetice înainte de a selecta unul optim, o sarcină care altfel ar fi descurajantă pentru sistemele a căror complexitate crește”, a spus Andreas Gentile. Fostul Bristol QETLabs, acum la Qu & Co . .

„Înțelegerea fizicii subiacente și a modelelor care descriu sistemele cuantice ne ajută să avansăm cunoștințele noastre despre tehnologiile adecvate pentru calculul cuantic și detectarea cuantică”, a spus Sebastian Knauer, de asemenea, al QETLabs din Bristol și acum cu sediul în Facultatea de Fizică a Universității din Viena.

Anthony Laing, codirector al QETLabs și profesor asociat la Școala de Fizică Bristol și autor al lucrării, a lăudat echipa: „În trecut ne-am bazat pe geniul și efortul oamenilor de știință pentru a descoperi fizică nouă. Aici, echipa a transformat o nouă pagină în cercetare științifică donând mașini cu capacitatea de a învăța din experimente și de a descoperi fizică nouă. Consecințele ar putea fi de anvergură. “

Următorul pas pentru cercetare este extinderea algoritmului pentru a explora sisteme mai mari și diferite clase de modele cuantice care reprezintă regimuri fizice diferite sau structuri subiacente.

Referință: „Modele de învățare a sistemelor cuantice din experimente”, de Gentile și colab., 29 aprilie 2021, Fizica naturii.
DOI: 10.1038 / s41567-021-01201-7

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Zirconii antici datează începutul tectonicii plăcilor în urmă cu 3,6 miliarde de ani – un eveniment critic pentru a face pământul ospitalier pentru viață

Zirconii examinați de echipa de cercetare, fotografiați cu catodoluminiscență, tehnică cu care echipa a putut vizualiza interiorul cristalelor cu un microscop electronic cu scanare...

Putem face opioidele mai puțin dependente? [Video]

În 2017, milioane de oameni din întreaga lume erau dependenți de opioide și 115.000 au murit din cauza unui supradozaj. Opioidele sunt cele mai puternice...

Măsurile neconvenționale împotriva pandemiei și apărării nucleare pot proteja omenirea de catastrofe catastrofale

Lansarea mânerului SM-3 Block IB de la un crucișător cu rachete ghidate USS Lake Erie (CG 70). Credit: Marina SUA În curând viața pe...

Situl de legare a anticorpilor conservat în variantele de virus COVID-19 – impact mare pentru vaccinurile viitoare

O echipă de cercetare Penn State a descoperit că proteinele N din barza-covi-2 sunt stocate în toate coronavirusurile epidemice legate de îngrășăminte (sus, stânga:...

Mișcări ale electronilor de ceas în interiorul unui atom: viteza obturatorului de o milionime dintr-o miliardime de secundă

Reprezentarea artistică a experimentului. Întârzierea inerentă între emisia celor două tipuri de electroni duce la o elipsă caracteristică în datele analizate. În...

Newsletter

Subscribe to stay updated.