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即時(shí)：中國(guó)科大利用量子機(jī)器學(xué)習(xí)首次實(shí)驗(yàn)展示實(shí)用量子優(yōu)勢(shì)

時(shí)間：2026-03-30 21:10:06    來(lái)源：大皖新聞    


(資料圖)

大皖新聞?dòng)? 3月30日，大皖新聞?dòng)浾邚闹袊?guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校自旋磁共振實(shí)驗(yàn)室彭新華教授、李兆凱副研究員與復(fù)旦大學(xué)李曉鵬教授等人合作，在量子機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域取得重要突破。團(tuán)隊(duì)提出了一種基于關(guān)聯(lián)量子自旋系統(tǒng)的新型量子儲(chǔ)層計(jì)算方法，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)首次證明，在處理真實(shí)世界的時(shí)間序列預(yù)測(cè)任務(wù)時(shí)，量子機(jī)器學(xué)習(xí)的性能可以超越經(jīng)典神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。相關(guān)研究成果發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》。

量子計(jì)算被廣泛認(rèn)為是突破經(jīng)典計(jì)算局限、解決復(fù)雜問(wèn)題的重要途徑。近年來(lái)，量子計(jì)算已在若干特定基準(zhǔn)問(wèn)題上展現(xiàn)出超越經(jīng)典方法的優(yōu)越性，但如何將這種優(yōu)勢(shì)拓展到具有現(xiàn)實(shí)意義的實(shí)際任務(wù)，仍是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。特別是，許多量子算法依賴精密設(shè)計(jì)的復(fù)雜量子線路實(shí)現(xiàn)，而在當(dāng)前含噪聲中等規(guī)模量子（NISQ）設(shè)備上，這類深層線路往往受到操作誤差累積、相干時(shí)間有限等實(shí)驗(yàn)條件制約，導(dǎo)致面向?qū)嶋H應(yīng)用的量子優(yōu)勢(shì)難以真正落地。

相關(guān)人員介紹，為克服上述挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)基于量子儲(chǔ)層計(jì)算這一機(jī)器學(xué)習(xí)框架，通過(guò)協(xié)同利用自旋相互作用與弛豫過(guò)程以及引入時(shí)間復(fù)用測(cè)量?jī)身?xiàng)關(guān)鍵創(chuàng)新，提出并實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了一種適用于自旋體系的時(shí)序信息處理新方案。

在該方案中，時(shí)序信號(hào)通過(guò)射頻脈沖編碼到高維量子態(tài)中，借助自旋網(wǎng)絡(luò)內(nèi)稟的糾纏動(dòng)力學(xué)進(jìn)行信息處理，無(wú)需人為構(gòu)造復(fù)雜量子線路，從而顯著降低實(shí)驗(yàn)調(diào)控難度。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)將通常被視為負(fù)面因素的弛豫過(guò)程轉(zhuǎn)化為可利用的計(jì)算資源，為處理時(shí)序信息提供了必要的短期記憶能力。此外，時(shí)間復(fù)用測(cè)量在不增加額外硬件負(fù)擔(dān)的情況下顯著提高了信息提取效率，進(jìn)一步釋放小規(guī)模量子系統(tǒng)的計(jì)算潛力。

基于這些創(chuàng)新，研究團(tuán)隊(duì)在核磁共振（NMR）量子平臺(tái)上構(gòu)建了由9個(gè)耦合自旋組成的量子儲(chǔ)層系統(tǒng)。在常用的NARMA時(shí)序基準(zhǔn)測(cè)試中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)到了現(xiàn)有量子實(shí)驗(yàn)中的最優(yōu)水平，預(yù)測(cè)誤差較此前結(jié)果降低了1至2個(gè)數(shù)量級(jí)。在更具現(xiàn)實(shí)意義的多步天氣預(yù)測(cè)任務(wù)中，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建的9自旋量子儲(chǔ)層展現(xiàn)出卓越的預(yù)測(cè)能力，其精度能夠達(dá)到甚至超越10000節(jié)點(diǎn)經(jīng)典儲(chǔ)層網(wǎng)絡(luò)的水平。這一結(jié)果首次在實(shí)驗(yàn)上表明，量子機(jī)器學(xué)習(xí)在現(xiàn)實(shí)任務(wù)上能夠超越大規(guī)模的經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)模型，突破了相關(guān)研究長(zhǎng)期停留于數(shù)值模擬和合成數(shù)據(jù)驗(yàn)證的局限，被審稿人評(píng)價(jià)為“量子機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的重要里程碑”。

該研究為發(fā)展低能耗、高維度、面向真實(shí)場(chǎng)景的量子人工智能提供了切實(shí)可行的實(shí)驗(yàn)范式，也為探索 NISQ 時(shí)代量子技術(shù)的實(shí)用化開辟了新方向。

大皖新聞?dòng)浾? 魏鑫鑫

編輯 陶娜

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