AI+量子物理！《自然》：量子技术加持下机器人学习起来有如神助

人工智能是我们现代生活的一部分，通过机器学习让语音识别和数字个人助理等越来越智能。但实际应用的一个关键问题是，这种智能机器的学习速度有多快。维也纳大学的一项实验回答了这个问题，表明量子技术能够加速学习过程。在奥地利、德国、荷兰和美国的一项国际合作中，物理学家们利用一个用于单个光子的量子处理器作为机器人，取得了这一成果。这项工作对未来量子人工智能应用的发展做出了贡献，论文发表在最新一期的《自然》杂志上。

最近量子技术的巨大进步也证实了量子物理学的魅力，不仅体现在其奇特而令人费解的理论上，也体现在现实生活中的应用上。因此，合并两个领域的想法是:一方面，人工智能及其自主机器;另一方面，量子物理有着强大的算法。

在过去的几年里，许多科学家开始研究如何将这两个世界连接起来，并研究量子力学在哪些方面可以证明对学习型机器人有益，反之亦然。一些令人着迷的结果显示，机器人可以更快地决定下一步行动，或者使用特定的学习技术设计新的量子实验。然而，机器人仍然无法更快地学习，这是日益复杂的自主机器发展的一个关键特征。

在一个由菲利普·沃尔特领导的国际合作，包括一个来自维也纳大学的实验物理学家团队，因斯布鲁克大学、奥地利科学院、莱顿大学和德国航空航天中心的理论家，已经成功地首次在实验中证明了加速实际机器人的学习时间。该团队将单光子(光的基本粒子)耦合到由麻省理工学院设计的集成光子量子处理器中。该处理器被置于机器人，用于执行学习任务。在这里，机器人将学会将单个光子传送到预先设定的方向。该论文的第一作者瓦莱里娅•萨乔表示:“实验可以表明，与不使用量子物理的情况相比，学习时间显著减少。”

简而言之，我们可以想象一个机器人站在十字路口，学习如何总是左转来理解这个实验。当机器人做出正确的动作时，它通过获得奖励来学习。现在，如果机器人被放置在我们通常的经典世界中，那么它会尝试左转或右转，只有选择了左转，它才会得到奖励。相比之下，当机器人利用量子技术时，量子物理学的奇异方面就发挥了作用。这个机器人现在可以利用量子力学最著名和独特的特点之一——叠加原理。简单来说，想象机器人能同时左转弯和右转弯。这一关键特性使量子搜索算法得以实现，从而减少了学习正确路径的试验次数。量子计算可以增强机器学习的实验证明了这两种技术的结合具有极大优势。

译/前瞻经济学人APP资讯组

参考资料：

https://phys.org/news/2021-03-robots-faster-quantum-technology.html

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03242-7

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