TiaSang
Thứ hai, Ngày 14 tháng 6 năm 2021
Đổi mới sáng tạo

Thuật toán học máy giúp tiết lộ vật lý bên trong các hệ lượng tử

06/05/2021 08:30 -

Các nhà khoa học Phòng thí nghiệm Công nghệ lượng tử trường đại học Bristol (QETLabs) đã phát triển một thuật toán có thể đem lại những cái nhìn sâu sắc vào thứ vật lý nằm trong các hệ lượng tử - tiến trên con đường đạt được những thăng tiến đầy ý nghĩa trong tính toán lượng tử và cảm biến lượng tử, cũng như có tiềm năng mở ra một trang mới cho khoa học.

Trong vật lý, các hệ của các hạt và sự tiến hóa của chúng đều được mô tả bằng các mô hình toán học. Điều đó đòi hỏi sự tác động qua lại giữa các tranh luận lý thuyết và xác minh thực nghiệm. Nhiều phức tạp hơn cả là việc miêu tả các hệ của các hạt tương tác với nhau tại mức lượng tử, vốn thường được thực hiện với một mô hình Hamilton. Quá trình của công thức hóa các mô hình Hamilton từ những quan sát được thậm chí còn khó hơn bản chất của các trạng thái lượng tử do chúng sẽ bị ảnh hưởng nếu cố gắng kiểm tra chúng.

Trong bài báo “Learning models of quantum systems from experiments” (Học các mô hình các hệ lượng tử), xuất bản trên Nature Physics, QET Labs của Bristol đã miêu tả cơ học lượng tử bằng một thuận toán vượt qua những thách thức khi nó đóng vai trò như một tác nhân tự trị, sử dụng học máy để đảo ngược về mặt kỹ thuật các mô hình Hamilton.

Nhóm nghiên cứu đã phát triển một quy trình mới để công thức hóa và đánh giá các mô hình xấp xỉ cho các hệ lượng tử mình quan tâm. Thuật toán của họ hoạt động một cách độc lập, thiết kế và thực hiện các thực nghiệm trên hệ lượng tử đích, với dữ liệu kết quả có được phản hồi cho chính thuật toán này. Nó đề xuất các mô hình Hamilton ứng viên để miêu tả hệ đích và phân biệt chúng bằng việc sử dụng metric thống kê mang tên các nhân tố Bayes.

Nhóm nghiên cứu đã có thể thể hiện một cách thành công năng lực của thuật toán này trên một thực nghiệm lượng tử thật sự, bao gồm các trung tâm sai hỏng trong kim cương, một nền tảng tốt cho nghiên cứu việc xử lý thông tin lượng tử và cảm biến lượng tử.

Thuật toán này có thể được sử dụng để hỗ trợ các đặc điểm tự trị của các thiết bị mới như các cảm biến lượng tử. Phát triển này do đó đã cho thấy một đột phá đáng kể trong việc phát triển các công nghệ lượng tử.

“Bằng việc kết hợp sức mạnh của các siêu máy tính ngày nay với học máy, chúng tôi đã có thể khám phá một cách tự động cấu trúc của các hệ lượng tử. Khi các máy tính lượng tử và hệ mô phỏng lượng tử mới sẵn sàng, thuật toán này sẽ còn gây kích thích hơn nhiều: đầu tiên nó có thể giúp các hệ tự kiểm tra hiệu suất, sau đó khai thác và dùng những thiết bị đó để hiểu về các hệ thậm chí còn lớn hơn”, Brian Flynn từ QETLabs, trường Bristol.

“Chính mức hoạt động độc lập này làm cho chúng ta có thể ‘nuôi’ vô số mô hình giả thuyết trước khi lựa chọn lấy một mô hình tối ưu, một nhiệm vụ có thể làm nản chí bởi các hệ ngày một phức tạp”, Andreas Gentile, cựu thành viên của QETLabs và giờ làm tại Qu & Co., nói. 

“Việc hiểu về bản chất vật lý bên trong các mô hình mô tả các hệ lượng tử giúp chúng toi gia tăng hiểu biết về các công nghệ phù hợp với tính toán lượng tử và cảm biến lượng tử”, Sebastian Knauer, cựu thành viên  QETLabs và hiện làm việc tại Khoa Vật lý trường đại học Vienna, bổ sung.

Anthony Laing, đồng giám đốc QETLabs và phó giáo sư trường vật lý đại học Bristolm đồng tác giả nghiên cứu, thì ca ngợi các cộng sự của mình: “Trong quá khứ chúng tôi đã tin tưởng vào những người xuất sắc và làm việc cật lực để khám phá ra thứ vật lý mới này. Hiện tại nhóm của chúng tôi đã có khả năng mở ra một trang mới bằng việc đặt ra các cỗ máy với khả năng học hỏi từ các thực nghiệm và khám phá ra vật lý mới. Các kết quả này thậm chí có thể chạm tới những điều còn xa hơn nữa”. 

Bước tiếp theo của họ là mở rộng thuật toán này để khám phá các hệ lớn hơn, và các lớp khác của những mô hình lượng tử hiện diện ở những chế độ vật lý khác hoặc các cấu trúc sâu hơn.

Thanh Phương tổng hợp

Nguồnhttps://phys.org/news/2021-04-machine-algorithm-unravel-physics-underlying.html

 

Tags: