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記者11日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)李傳鋒教授和項(xiàng)國勇教授與合作者合作，使用單個(gè)量子比特的內(nèi)存實(shí)現(xiàn)的量子模型，可以獲得比相同內(nèi)存維度的任何經(jīng)典模型更高的精度。該研究成功展示了量子技術(shù)在復(fù)雜系統(tǒng)非馬爾科夫過程建模中的存儲(chǔ)優(yōu)勢(shì)。研究成果日前在線發(fā)表于《自然·通訊》上。

從化學(xué)反應(yīng)到金融市場(chǎng)，從氣象系統(tǒng)到星系形成，人們需要處理各種規(guī)模的復(fù)雜過程。隨機(jī)建模能夠幫助我們預(yù)測(cè)這些過程的未來行為。然而，由于這些隨機(jī)過程通常是非馬爾可夫的，其未來行為不僅取決于當(dāng)前狀態(tài)，也基于它的過去狀態(tài)。為了模擬這樣的過程，必須有一個(gè)存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)系統(tǒng)的大量觀測(cè)信息。信息存儲(chǔ)量將直接和預(yù)測(cè)未來行為的精度關(guān)聯(lián)，因此，這在實(shí)踐中將導(dǎo)致一個(gè)瓶頸，需要在減少內(nèi)存與預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性之間進(jìn)行權(quán)衡。

研究人員發(fā)現(xiàn)，即使在對(duì)純經(jīng)典動(dòng)力學(xué)過程建模的時(shí)候，量子技術(shù)也可以展示出顯著優(yōu)勢(shì)。該團(tuán)隊(duì)基于光子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了一系列非馬爾可夫隨機(jī)過程的量子模型。該類隨機(jī)過程具有一個(gè)可調(diào)參數(shù)，用于控制其有效的內(nèi)存長(zhǎng)度，最優(yōu)經(jīng)典模型的內(nèi)存維度隨此參數(shù)的值而增長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)證明，量子模型可以僅使用單個(gè)量子比特作為內(nèi)存來模擬該類行為中的任何過程，并且即使存在實(shí)驗(yàn)噪聲，此量子模型也比最優(yōu)的相同內(nèi)存維度的經(jīng)典模型能夠更準(zhǔn)確地作出未來行為的預(yù)測(cè)。

《自然·通訊》編輯評(píng)價(jià)該工作：“量子技術(shù)在模擬隨機(jī)過程中擁有存儲(chǔ)優(yōu)勢(shì)，但是在非馬爾科夫過程中的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證一直沒有實(shí)現(xiàn)。本文的作者利用單比特存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)非馬爾科夫過程的建模，通過理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證填補(bǔ)了這一空白。”總體而言，該工作朝著展示這種量子記憶優(yōu)勢(shì)的可擴(kuò)展性和魯棒性邁出了關(guān)鍵一步。

(中國科大供圖)

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