日前,記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉,該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)教授李傳鋒、項(xiàng)國勇與合作者使用單個(gè)量子比特內(nèi)存實(shí)現(xiàn)的量子模型,獲得了比相同內(nèi)存維度任何經(jīng)典模型更高的精度。該研究展示了量子技術(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。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《自然-通訊》。
從化學(xué)反應(yīng)到金融市場,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)測這些過程的未來行為。俄國數(shù)學(xué)家馬爾可夫于1907年提出的馬爾可夫過程,即是一類隨機(jī)過程。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)的大量觀測信息。信息存儲(chǔ)量將直接和預(yù)測未來行為的精度關(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)測準(zhǔn)確性之間進(jìn)行權(quán)衡。
項(xiàng)國勇研究組發(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。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。
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)確地做出未來行為的預(yù)測。(記者 陳婉婉)