量子计算机科学研究中的差异

　　物理学家一直在努力发展量子计算机，并希望量子计算机将发挥他们的量子力学，帮助发现新的自然规律。

　　去年，英国“自然”杂志报道说，奥地利物理学家第一次使用由四个量子计算机组成的量子计算机，完成了对高能物理这种高端实验的全面模拟。最近，“自然”杂志也报道说，一台量子计算机在某种意义上，重新发现了希格斯粒子的玻色子。据称，加拿大量子计算机公司的D波系统可以学习如何在海量数据中找到粒子的特征。

　　尽管量子计算机并没有超越传统的方法，但科学家表示，随着未来物理实验数据量的增加，量子计算机将在科学领域发挥积极作用。

　　模拟高能物理实验

　　根据“自然”杂志6月22日的一期刊物，奥地利物理学家在一个四量子比特计算机研究中使用电磁场在真空中放置四个离子，每个离子编码一个离子量子位，形成了量子计算机的一个迷你版本。研究人员操纵离子“用激光束自旋以诱导离子进行逻辑运算，经过100多次计算，科学家成功地确定了量子电动力学的预言：能量转化为物质，产生电子和正电子。

　　研究人员希望将来他们能够扩大计算范围，模拟强核（将夸克连接在一起形成质子和中子，最终形成原子核）。此外，升级后的量​​子计算机也有望解决更多的问题，比如帮助科学家了解两个核子以及中子星和中微子之间的高速碰撞。

　　搜索希格斯玻色子

　　最近，科学家利用量子计算机进一步发现了希格斯玻色子。

　　2012年，欧洲大型强子对撞机（LHC）小组宣布他们已经证明了希格斯玻色子的存在，并发现了粒子物理标准模型的最后一个难题。两个实验组，CMS（紧凑缪圈）和ATLAS（环形仪器），发现了希格斯玻色子质子碰撞的证据。这样，希格斯玻色子衰变成更常见的玻色子，如一对高能光子。

　　但是每次LHC碰撞两个质子时，它就会产生数百个其他的粒子，当它们与检测器碰撞时，会被错误地解释为光子。为了加速对希格斯玻色子的搜索，ATLAS和CMS物理学家用模拟数据训练了机器学习算法，从小故障中提取黄金。

　　最近，CMS寻找希格斯玻色子之一，加利福尼亚理工大学物理学教授玛丽亚·斯皮罗普卢（Maria Spilopulu）怀疑量子计算机是否能够使上述培训过程更有效率，尤其是在减少培训系统方面。她需要模拟的数据，她说：我想看看它是否能解决希格斯问题。

　　她的合作者Alex Korte是伦敦深度学习项目的物理学家，将学习过程转化为一个可计算的问题，可以通过D-Wave Systems Canada开发的量子退火计算机来解决。这样的机器通过将超导线圈编码量子信息减少到最低能量状态来找到解决一些问题的最佳解决方案。

　　这个想法是，量子计算机将会找到普通计算机可以用来在真实数据中搜索光子信号的最佳标准。为了验证这一理论，该团队使用了南加州洛杉矶大学的D-Wave机器。 Spiro说，实验非常成功：我们已经能够使用小数据集的训练来达到最佳解决方案。

　　ATLAS Higgs玻色子搜索操作之一Kramer说，它证明是可行的，这是研究中最酷的部分。而与传统计算机相比，目前的量子计算机并没有明显的技术优势，但在未来的实验中，数据量会更大，量子机器学习将显示出其才能。

　　美国纽约大学的物理学家凯利·克莱默说，量子计算机被用来解决真正的物理问题，而不是普通的数学问题。这很令人耳目一新。在此之前，量子力学和物理实验可能会有一天能够跨越，似乎这一次成真。

　　应用或超越物理研究

　　然而，克莱默也指出，不要指望物理学家马上加入对量子计算的追求。现在，这台机器还没有Spidopulu及其团队在普通PC上运行的虚拟版本上表现更好。而且，要证明这些技术比当前的一些机器学习算法更有效，还有很长的路要走。 Spitrup也同意这一观点，并补充说，仍然有必要测试多种不同的方式来比较对方。

　　实验结果也可能影响超出物理领域。目前，从地球科学到生物信息学，研究人员都对量子计算机及其在机器学习中的应用感兴趣，如基因序列分析和蛋白质折迭的风险分析。此外，美国宇航局空间研究中心美国宇航局艾姆斯研究中心的美国宇航局研究员大卫·文图拉正在领导一个项目，建造一台与谷歌和美国宇航局共同发起的D-Wave相同类型的机器，将向实验者开放世界完成时。

　　（技术日报北京11月15日电）

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