神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )突破：給未來(lái)的量子AI鋪路

　　日前，意大利的研究人員通過(guò)在一臺實(shí)際的量子計算機上運行一套特殊的算法，首次研發(fā)出起作用量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )。

　　來(lái)自意大利帕維亞大學(xué)的Francesco Tacchino領(lǐng)導了一個(gè)研究小組，該小組于本月早些時(shí)候在A(yíng)rXiv上傳了名為《在實(shí)際量子處理器上實(shí)現的人工神經(jīng)元》的預稿。

　　從根本上講，他們研發(fā)了一種在量子計算機上運行的單層人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )(artificial neural network，ANN)，這種初步的ANN被稱(chēng)為感知器，作為構成更成熟的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的基本部分。

　　此前在量子系統內創(chuàng )建感知器的相關(guān)嘗試都涉及將單個(gè)量子位當做一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )中的神經(jīng)元來(lái)處理，但這是一個(gè)繁瑣而錯綜復雜的過(guò)程，很難通過(guò)這種方式產(chǎn)生切實(shí)有效的結果。

　　因此，Tacchino和他的團隊決定嘗試一種不同的方法，他們介紹了一種替代設計來(lái)最大限度地模仿量子計算機上的Rosenblatt感知器，并通過(guò)實(shí)驗證實(shí)了該方法的有效性——在可用于云量子計算的IBM量子處理器上執行了算法的二量子位版本。

　　圖源自ArXiv官網(wǎng)

　　IBM Q Experience計算機是一個(gè)五量子位并支持云訪(fǎng)問(wèn)的量子系統，長(cháng)期以來(lái)一直被當作一種與量子計算交互的方式，支持使用物理量子計算機和模擬兩種模式，為那些沒(méi)有數百萬(wàn)資金用于實(shí)驗室建設和訪(fǎng)問(wèn)世界頂級物理學(xué)家和工程師的研究人員提供了一個(gè)量子計算開(kāi)源云平臺。

　　量子計算機的最大問(wèn)題之一就是沒(méi)有任何適用的軟件、程序或代碼，對于這臺違背物理定律的機器而言，編碼是極其困難的，但也不是完全沒(méi)有可能。

　　研究小組在IBM Q系統上成功地運行了他們的感知器算法，并使用所得到的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )執行圖像分類(lèi)的任務(wù)，對此進(jìn)行了證明。據目前所知，這個(gè)小組是第一個(gè)嘗試使用這種方法的。

　　現在，這個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )能判斷給定圖像采用了三種基本模式中的哪一種，雖然這聽(tīng)起來(lái)似乎微不足道，但足夠值得被納入量子優(yōu)勢的概念體系中。

　　據研究人員介紹，與經(jīng)典感知器的模型相比，他們的算法呈現指數級的優(yōu)勢，正如他們只用用二量子位就可以表示和分類(lèi)四位串，四量子位表示和分類(lèi)十六位串，以此類(lèi)推。

　　這意味著(zhù)在量子系統上運行的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )可能比在經(jīng)典系統上運行的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )在穩健性方面得到指數級地提升，這對未來(lái)AI融合量子計算的意義是超乎想象的。

　　當人們研發(fā)出一種機器，而這種機器能充當宇宙的原始基礎語(yǔ)言和人類(lèi)語(yǔ)言之間的翻譯者，接下來(lái)會(huì )發(fā)生什么呢?

　　這或許是給哲學(xué)家的最好的提問(wèn)，但是，在物理學(xué)領(lǐng)域，隨著(zhù)研究人員對ANN的深入了解，以及工程師研發(fā)出更先進(jìn)的量子計算系統，一種新的機器學(xué)習可能會(huì )出現并取代舊的經(jīng)典深度學(xué)習神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )。

　　未來(lái)的智能機器將不再是由AI或量子單獨驅動(dòng)，而是兼并兩者。