牛津大學(xué)的研究人員與DeepMind，巴塞爾大學(xué)和蘭開斯特大學(xué)合作，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，并且比人類專家更快地“調(diào)諧”它，而無需任何人工輸入。他們將其稱為“ Minecraft量子設(shè)備瀏覽器”。

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

在原型半導(dǎo)體量子計算機(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。此過程稱為調(diào)整。然而，即使對于單個量子器件，識別電壓調(diào)整的正確組合也需要大量時間。這實際上使構(gòu)建有用的通用量子計算機(jī)所需的數(shù)十億個設(shè)備成為不可能。

今天，在《自然通訊》中，科學(xué)家們描述了一種可以解決此問題的機(jī)器學(xué)習(xí)算法。他們希望通過消除量子裝置之間的差異，希望使大型量子電路可行，并釋放從醫(yī)學(xué)到密碼學(xué)等領(lǐng)域的量子技術(shù)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：“到目前為止，調(diào)諧困難一直是構(gòu)建大型量子電路的主要障礙，因為這項任務(wù)很快變得很棘手。我們已經(jīng)證明了對量子進(jìn)行調(diào)諧使用機(jī)器學(xué)習(xí)可以完全自動地完成這些設(shè)備。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播放器類似的方法。在這個游戲中，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，就可以進(jìn)行開發(fā)-探索之間的權(quán)衡。火炬是量子設(shè)備的量度，價格昂貴，因此稀缺，

Ares博士說：“我們感到驚訝的是，該機(jī)器比實驗室中的人類更好，我們多年來一直在學(xué)習(xí)如何有效地調(diào)諧量子設(shè)備。對人類而言，它需要培訓(xùn)，有關(guān)設(shè)備物理的知識以及一點(diǎn)點(diǎn)知識。直覺!

“我們的最終目標(biāo)是使大型量子電路的控制完全自動化，為利用量子物理學(xué)的特殊性的全新技術(shù)開辟道路。”

蘭開斯特大學(xué)的合著者愛德華·萊德博士說：“當(dāng)我在2000年代當(dāng)博士學(xué)位時(與多米尼克·祖姆布爾在同一實驗室，多米尼克·祖姆布爾是巴塞爾大學(xué)在該項目上的合作者之一)，我經(jīng)常要花幾周的時間手動調(diào)整一個原型qubit，我們都知道有一天需要自動化該任務(wù)，但我不知道該如何工作，由于機(jī)器學(xué)習(xí)，我們現(xiàn)在可以找到一種方法我希望不久我們將能夠使用我們的方法來完全調(diào)整小型量子計算機(jī)。”