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自然杂志:量子优势在机器学习中的证明
quantumchina 2017-9-25 18:13
量子计算的主要期望是有效地解决某些对经典计算机来说极其昂贵的问题。经过验证的量子优势的大多数问题涉及重复使用一个黑盒,其结构编码解决方案。算法性能的一个度量是查询复杂性,例如在给定概率下找到解决方案所需的 黑盒 调用的数量。量子算法的多比特的验证,如Deutsch–Jozsa 及 Grover算法,已在不同的物理系统,如核磁共振、离子阱、光学系统及超导电路中 实现 。然而,在小范围内,这些问题可以通过一些 黑盒 查询得到经典解决,从而限制了所获得的优势。在这里,我们解决了一个基于 黑盒 的问题,在一个五比特的超导处理器上 基于噪声 环境下的学习 校验 。使用相同的 黑盒 执行经典和量子算法,我们观察到查询计数中的一个大的差距,有利于量子处理。我们发现,这种差距是错误率和问题大小的函数,呈数量级增长。这一结果表明,虽然通用量子计算需要复杂的容错架构,但现有的存在噪声的系统已经显现出显著的量子优势。 (2017年9月25日) 量子机器学习入门: http://blog.sciencenet.cn/blog-3364677-1096172.html 量子最快入门教程: http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=3364677do=blogid=1084559from=space Demonstration of quantum advantage in machine learning 来源: https://www.nature.com/articles/s41534-017-0017-3 The main promise of quantum computing is to efficiently solve certain problems that are prohibitively expensive for a classical computer. Most problems with a proven quantum advantage involve the repeated use of a black box, or oracle, whose structure encodes the solution. One measure of the algorithmic performance is the query complexity, i.e., the scaling of the number of oracle calls needed to find the solution with a given probability. Few-qubit demonstrations of quantum algorithms, such as Deutsch–Jozsa and Grover, have been implemented across diverse physical systems such as nuclear magnetic resonance, trapped ions, optical systems, and superconducting circuits. However, at the small scale, these problems can already be solved classically with a few oracle queries, limiting the obtained advantage. Here we solve an oracle-based problem, known as learning parity with noise, on a five-qubit superconducting processor. Executing classical and quantum algorithms using the same oracle, we observe a large gap in query count in favor of quantum processing. We find that this gap grows by orders of magnitude as a function of the error rates and the problem size. This result demonstrates that, while complex fault-tolerant architectures will be required for universal quantum computing, a significant quantum advantage already emerges in existing noisy systems.
个人分类: 量子机器学习|3123 次阅读|0 个评论
[转载]自然杂志:面向现实量子硬件的程序设计语言和编译器设计
quantumchina 2017-9-23 19:19
量子计算正处在一个重要的拐点。多年来,量子计算机的高级算法已经显示出相当大的希望,而量子器件制造方面的最新进展提供了实用的希望。然而,量子计算算法的硬件尺寸和可靠性要求与未来十年预测的物理机器之间仍然存在着差距。为了弥补这一差距,量子计算机需要合适的软件来翻译和优化应用程序(工具流程)和抽象层。考虑到量子计算中严格的资源限制,软件和实现层之间传递的信息将与经典计算明显不同。量子工具流程必须揭露层与层之间更多的物理细节,因此面临的挑战是当隐藏了足够的复杂性时要找到揭露关键细节的抽象。 (2017年9月23日) Programming languages and compiler design for realistic quantum hardware 来源:http://www.nature.com/nature/journal/v549/n7671/full/nature23459.html Quantum computing sits at an important inflection point. For years, high-level algorithms for quantum computers have shown considerable promise, and recent advances in quantum device fabrication offer hope of utility. A gap still exists, however, between the hardware size and reliability requirements of quantum computing algorithms and the physical machines foreseen within the next ten years. To bridge this gap, quantum computers require appropriate software to translate and optimize applications (toolflows) and abstraction layers. Given the stringent resource constraints in quantum computing, information passed between layers of software and implementations will differ markedly from in classical computing. Quantum toolflows must expose more physical details between layers, so the challenge is to find abstractions that expose key details while hiding enough complexity.
个人分类: 量子计算|1584 次阅读|0 个评论
量子计算机靠谱吗?
热度 3 leiyian 2017-5-4 08:51
量子计算机国际上很早就有人宣称生产出来了,而且已经商业化。很早就有狐疑,本来不太上心,不过这两天我国也有团队取得重大成果,超过国际水平若干,在朋友圈,公众号刷屏。狐疑回照,因而向各位请教: 量子计算机都有什么实际算例没有?光听说谁做出了量子计算机,就没听说算了什么东西,更别说超过传统计算机了。能算1+1吗?结果对吗?是1.85还是2.03? 好吧,据说量子计算机不能用传统计算来评价,但是可以计算传统计算机算不出来的重要问题,比如跟密码学相关的大数分解问题。好吧,请分解一个给我看?能算到多少?3x5=15?这需要麻烦量子计算吗?请问量子计算机怎么精确表达一个128位,256位,512位的整数?别告诉我波函数能精确表达一个整数。也别告诉我你要分别做10的512次方的平方次数计算,测量值的平均值的可信度就能达到50%。大数分解是量子计算机的最大卖点之一,假定你的确能计算出来,怎么输出结果? 好吧,精确计算不是量子计算的长项,复杂多值问题,NP问题你最拿手。假定你的模型足够好,计算出来了一个比如复杂优化问题的最优解,请问你的测量影响解吗?要多少次测量才能在可接受的精度范围内确定波函数一个位置的值?总共要做多少次测量?测量结果用量子计算能表达吗? 再退一步,你建的模型就是非常好,就是一次就把结果算出来了,怎么测量结果都一样,雷奕安我是不是没话说了?我当然有话说。你这种做法人家已经做过几百万年了,那叫实验,怎么突然改叫量子计算了? 看不懂不解释,看懂了要打脸,bring it on。 列举一下量子计算已经取得的一些成就: 2014年,能分解的素数:56153,该算法只能算相邻的两个素数积 https://medium.com/the-physics-arxiv-blog/the-mathematical-trick-that-helped-smash-the-record-for-the-largest-number-ever-factorised-by-a-77fde88499 2017年1月,D-Wave公司宣布其量子计算机已经达到2000量子位: https://www.dwavesys.com/press-releases/d-wave%c2%a0announces%c2%a0d-wave-2000q-quantum-computer-and-first-system-order
个人分类: 量子力学|8805 次阅读|4 个评论
[转载]量子卫星到底能干啥
uestc2014xiaoyu 2016-8-26 12:30
最近大家对于量子卫星的讨论,络绎不绝,无论是新闻推送还是大家的技术博客。 今天在量子信息群里,无意间看到一位老师分享的一个科普连环画,觉得甚有意思,几乎可以和《画说量子论》一比高下。所以,就果断的转在自己的博客中,希望大家对于量子卫星能有个更加通俗的理解。 原文的链接如下: http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5Mjg3MTIzMQ%3D%3Didx=1mid=2658941551sn=2a07e6fb54b0537e2f8cd29d7985f3df 感谢 墨子号量子卫星组成员、量子物理学博士张文卓先生,北京市科协(蝌蚪五线谱)、潇轩社为本文提供了关键的知识顾问及 “Stone 娱乐阅读”支持,特此致谢!
个人分类: 量子机器学习|16187 次阅读|0 个评论
大数据与量子计算
uestc2014xiaoyu 2015-5-11 14:51
大数据与量子计算 王书浩, 龙桂鲁.pdf 其实,过年的时候就读到了王书浩等人的大作,心中十分高兴,因为自己现在的研究方向就是这个。仔细读完之后,更加心情沉重。因为,量子计算和大数据的融合,路还很远啊。我们这些研究人员真的需要沉下心来思考,到底如何应用,而不是为了“研究”而研究!
个人分类: 量子机器学习|23179 次阅读|0 个评论
Yale University博士很牛X,说话的口气更牛X
热度 3 jmluo0922 2014-10-11 11:39
【按】本来不想将我前面一篇博客中的讨论内容,再以这种形式公开,但我觉得我们对于一些声称“从头计算”的软件的计算模型和方法的认识存在误区。 王晓明 2014-10-11 04:16 在学术搜索引擎上查一下ab initio materials design或者ab initio materials simulation很难么? 就算您不会搜索,作为对材料模拟有兴趣的人,VASP这个软件总不该陌生吧? 博主回复(2014-10-11 11:02) : Yale University博士很牛X,说话的口气更牛X。 你的学术是从字面的直接理解得到的啊!这样说话是被你逼出来的。 ab initio materials design 是通过体系的薛定谔方程,不借助于近似方法和模型求解材料的性能? 给你普及一个基本常识,对于比材料结构简单得多的碱金属(原子)结构的计算,量子力学都必须采用近似的方法进行计算。外壳层S电子的薛定谔方程,是作了该电子在内壳层电子与原子核形成的等效电荷产生的中心场中运动的近似处理,才能计算。并且还要考虑电荷屏蔽效应(经典概念),量子亏损等,才能得到与实验结果 构 符合的结果。 附:纯量子力学计算 1、氢原子结构和光谱,单电子问题,可以通过体系的薛定谔方程精确求解,并且可以获得解析结果; 2、氦原子结构,双电子问题,也可以通过体系的薛定谔方程求解; 3、但对于锂原子,三(多)电子问题,纯量子力学的计算应该是三个电子在锂原子核中心场中的运动问题,对于三个电子的波函数同时进行计算和求解,而不作任何近似处理,到目前为止,我还没有见到相关报道。
个人分类: 杂谈|3819 次阅读|5 个评论
《基于半导体量子点的量子计算与量子信息》王取泉
ustcpress 2012-3-11 08:56
《基于半导体量子点的量子计算与量子信息》王取泉
丛书名:当代科学技术基础理论与前沿问题研究丛书——中国科学技术大学校友文库 (“十一五”国家重点图书出版规划项目) 出版日期:2009年1月 出版社:中国科学技术大学出版社 正文页码:384页(16开) 字数:393千 定价:68.00元 编辑邮箱: edit@ustc.edu.cn (欢迎来索要目录、样章的PDF) 当当网购书链接: http://product.dangdang.com/product.aspx?product_id=20509132 中国物理学会2009年度“值得推荐的物理学新书” 内容简介: 《基于半导体量子点的量子计算与量子信息》以清晰的物理图像和丰富的实验结果比较全面地介绍了基于半导体量子点激子的量子计算和量子信息方面的最新研究进展。全书共分8章,第1章和第2章是半导体量子点形貌结构和基本特性简要介绍;第3章至第5章是关于激子量子比特旋转和量子逻辑运算等量子计算方面的研究进展;第6章至第8章则是关于激子复合单光子发射和纠缠光子对发射等量子信息方面的研究进展。《基于半导体量子点的量子计算与量子信息》可以作为凝聚态物理、 光学、材料科学、量子计算科学等有关专业的高年级本科生和研究生的教学参考书,也可供上述领域的科技工作者参考。 作者简介:王取泉 ,武汉大学物理系博士生导师,1984年本科毕业于中国科学技术大学物理系本科生,1999年获武汉大学物理系凝聚态物理博士学位;2000年8月~2001年7月,北京大学物理系介观物理与人工微结构国家重点实验室进行访问研究, 研究纳米金属颗粒复合材料和纳米结构氧化物半导体薄膜的超快非线性光学响应。2001年9月~2003年8月,中国科学院物理研究所,国际量子结构中心博士后。2001年12月~2003年7月,美国德克萨斯大学奥斯汀分校物理系进行(博士后)访问研究,研究内容为InGaAs半导体量子点的单光子发射、Rabi振荡和量子比特旋转。被SCI收录的论文50余篇。目前主要从事的研究内容有:单量子点的光谱成象技术,半导体量子点的单光子发射,半导体量子点激子态的相干操纵、Rabi振荡、量子比特旋转、量子逻辑门和超快非线性光学效应。主持国家自然科学基金面上项目2项(半导体量子点中量子比特旋转和量子逻辑门的研究),重点项目1项(半导体低维体系中自旋动力学过程的研究)。
个人分类: 校友文库|4616 次阅读|0 个评论
缺陷在量子水平的价值
x224179896 2011-11-7 20:58
在宏观水平晶格缺陷被认为是有害的,但是在钻石中的氮晶格空位中心(nitrogen-vacancy center),这种缺陷却被人们利用以实现量子计算机的量子比特,最近人们再次发现碳化硅晶格缺陷也同样可以实现这种功能,这是一个比较重要的发现。但是与氮晶格空位中心一样,其主要困难仍然是如何实现可以扩展的量子计算。
3152 次阅读|0 个评论
量子计算的新方案
x224179896 2010-12-20 21:05
在量子计算的一般方案中需要量子计算机在计算过程中与环境高度隔离以保持计算过程的量子相干性.Cirac等人提出来一种新的方案,即在计算过程调控体系与环境的相互作用,使得在环境作用下体系的稳定态恰好是一般量子计算方案所的末态.该方案的新颖处在于把量子计算对退相干的要求降低了,所存在的问题是量子纠错还是必要的吗?如果有方案能降低纠错的要求将对量子计算的发展起着巨大的推动作用.
个人分类: 科研笔记|3240 次阅读|0 个评论
D-Wave系统是量子计算吗?(100123)
热度 1 ymin 2010-1-23 17:27
D-Wave系统是量子计算吗?(100123) 闵应骅 D-Wave系统是一家只有55人,投资6.5千万美元的加拿大公司。他们做了一个客户定制的,花几百万美元,用液态氦制冷的东西,说是基于量子力学的计算机。他们与Google和NASA合作,积累了50个专利,使他们的办公室成了世界级的量子实验室。 传统计算机的一位只有0和1两种状态,但量子计算机中一个量子位可以是0,1或0和1的迭加。如果能做到几百、几千量子位,它就能解决最困难的编程问题、极快搜索数据库、模拟复杂的量子系统,例如生物分子。 D-Wave要建造的是一个专用量子计算机,而不是一个通用机,去解一个特定的数学问题。这使我想起,在计算机发展的早期,专用机,甚至是专用模拟计算机曾经很时兴。事实上,用模拟机来解一个特定的问题很有效,尤其是在精度要求不高的情况下很可用。后来,发展为通用电子数字计算机。在量子计算机,是不是要来个否定之否定,又搞专用机呀! 现在他们可以做到128量子位,但不能说比现在的PC机更强。他们计划今后两年内他们将做到几万个量子位,最后做到百万位。不少专家怀疑他们这是不是量子计算机。 内行人说他们没有谈怎么解决纠缠态的问题,即量子位之间的耦合。达到百万位,那只能是一个广告。 D-Wave用一个包含约瑟夫逊结的铌金属环的芯片,两种超导体用绝缘体分开。当芯片制冷到特别低的温度时,电流沿着环流动,而显现量子性。用方向表示状态,逆时钟表示0,顺时针表示1,电流流动时表示0和1的迭加。许多人企图用这个来实现逻辑门。但D-Wave不是这样,而是用所谓绝热量子计算,先把各量子位初始化到最低能量状态,然后绝热地开启量子位之间的互动,来编码一个量子算法。最后,量子位转向一个新的最低能量状态。读出量子位就完成了计算。但是,量子位很脆弱,散射磁场和其他环境干扰很容易破坏其量子性和相干性。IBM的专家说,绝热量子计算必须能容错,即有效的差错校正。专家们就此提出的问题很多。但是,想一想,电子管计算机、集成电路计算机刚刚做出雏形的时候,问题也很多,甚至觉得是无法解决的。最后不是都解决了吗?我以为,我国应该下大力气,研究这些真正原始创新的东西、这些与世界在同一起跑线上的东西,才能达到世界科技前沿。
个人分类: 计算机|6497 次阅读|1 个评论
现代物理学勘误(八)--测量问题、量子纠缠
llllaa 2009-9-7 18:50
写在前面:本文中之观点均为非主流观点,如果您是学生或者非物理学专业人士,最好不要读此文以免被误导,如果出于好奇您一定要读,请一定以怀疑的眼光来看待本文中之观点。欢迎您发表自己的看法。 8、关于测量问题 有人说测量问题是物理的根本问题,这完全是人择的看法,任何物理实在都不会依赖测量而存在,也不会因为没有测量就没有各种物理量。 量子力学发明了测不准原理,根据这个原理,微观客体的任何一对互为共轭的物理量,如坐标与动量,都不可能同时具有确定值。对于现存的任何测量手段,这个原理都是具有指导意义的,它给出了我们测量的局限。但是这并不是物质的固有本质,我们不能把测量的外在属性赋予客体本身,如果这样会导致不可知论,如一个粒子的位置不定,那么怎么确定这个粒子是真正存在的? 假如存在一种终极手段,例如速度无限大,分辨率无限小的测量媒介,那么测不准就无从谈起了。您会说不存在这样的媒介,任何物理量的确定都是有限度的,如果离开误差谈确定可能并没有意义。是的,这个问题不会有争论的结果,但是这并不是问题的关键所在,而重要的是一个客体的物理量是否依赖于测量而存在,即人择的东西是否是本质的。 9、量子纠缠 本人说过量子纠缠不可证伪,有人并不同意,但是这是事实,因为量子力学原理决定了一旦你对纠缠态进行测量,它就会塌缩,那么塌缩之前的状态就是不可测量的,即不可知的,那么如果我说测量之前就是塌缩后的状态,也是无法被推翻的。 量子力学的特性使得测量前的状态成为一种没有意义的东西,如果真的存在这样一种奇异状态的话,它也是不能被研究的,在这个领域从来都伴随着一种玄学的味道。 如果相关的如光的波粒二象性、物质波、光的本质,基本粒子的结构等基本问题都被解决了的话,量子纠缠这个空中楼阁自然会烟消云散了。 个人认为由此衍生出来的所谓量子计算研究应该停止,这种子虛乌有的东西正在浪费大量的国家的财富和学子的生命,而制造出来的东西多年之后只能成为科学的笑柄。
个人分类: 物理|4663 次阅读|1 个评论
[名家]Lov K. Grover - Grover算法的始作者
fswdong 2009-8-27 18:56
Bell实验室上的个人主页 http://www.bell-labs.com/user/lkgrover/
个人分类: 科研资源|7990 次阅读|0 个评论
“中国科学技术大学校友文库”丛书之五:《基于半导体量子点的量子计算与量子信息》
why2084 2009-8-24 11:04
书名:基于半导体量子点的量子计算与量子信息 作者:王取泉等 备注:十一五国家重点图书 购书网址: 中国科学技术大学出版社网上书店 内容简介: 本书以清晰的物理图象和丰富的实验结果比较全面地介绍了基于半导体量子点激子的量子计算和量子信息方面的最新研究进展。全书共分八章。第一章和第二章简要介绍半导体量子点基本特性,其中第一章是关于半导体量子点形貌结构特征,第二章是关于量子点地基本相干特性和单量子点的实验探测技术。第三章至第五章涉及到量子计算。第三章介绍半导体量子点激子量子比特旋转及其品质因子,并且比较深入地讨论了量子点体系中多种复杂的退相干机制对其品质因子的影响。第四章介绍半导体量子点中实现CNOT量子逻辑门以及D-J逻辑运算,这两者是量子计算中的基本量子逻辑操作,也是未来量子计算机的曙光。第五章分析和讨论半导体量子点中激子自旋的驰豫机制,并介绍利用相干光学方法实现激子自旋的交换。第六章至第八章涉及到量子信息,其中第六章和第七章分别介绍半导体量子点的单光子发射和级联多光子发射过程,第八章介绍半导体芯片上单个半导体量子点发射纠缠光子对的特性,分析和讨论多种因素对光子偏振纠缠度的影响。 作者简介: 王取泉,理学博士,博士生导师,武汉大学物理系教授。 1979~1984年中国科学技术大学物理系本科生,学士学位; 1990年武汉大学物理系激光物理,硕士学位; 1999年武汉大学物理系凝聚态物理博士学位; 2000年8月~2001年7月,北京大学物理系介观物理与人工微结构国家重点实验室进行访问研究, 研究纳米金属颗粒复合材料和纳米结构氧化物半导体薄膜的超快非线性光学响应。2001年9月~2003年8月,中国科学院物理研究所,国际量子结构中心博士后。2001年12月~2003年7月,美国德克萨斯大学奥斯汀分校物理系进行(博士后)访问研究,研究内容为InGaAs半导体量子点的单光子发射、Rabi振荡和量子比特旋转。被SCI收录的论文50余篇。目前主要从事的研究内容有:单量子点的光谱成象技术,半导体量子点的单光子发射,半导体量子点激子态的相干操纵、Rabi振荡、量子比特旋转、量子逻辑门和超快非线性光学效应。主持国家自然科学基金面上项目2项(半导体量子点中量子比特旋转和量子逻辑门的研究),重点项目1项(半导体低维体系中自旋动力学过程的研究)。
个人分类: 好书共赏|3088 次阅读|0 个评论
[翻译]Shor算法求解步骤
fswdong 2009-7-22 17:28
源自网络上的资源,现整理翻译出来和同行交流。由于才疏学浅,如果有错误请不要拍砖!
个人分类: 科研资源|9288 次阅读|1 个评论

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GMT+8, 2024-5-9 05:16

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