Рубрика выходит при поддержке
21 ноября
Мария Осетрова

Глубокое обучение с подкреплением вводит квантовую систему в «состояние кота Шредингера»

3.6

Физики из Японии и Австралии при помощи моделирования показали, что одна из разновидностей машинного обучения — обучение с подкреплением — подходит для точного управления квантовым состоянием системы.

Кот Шредингера, находящийся одновременно в двух квантовых состояниях, в представлении художника. / © Okinawa Institute of Science and Technology
Кот Шредингера, находящийся одновременно в двух квантовых состояниях, в представлении художника. / © Okinawa Institute of Science and Technology

Чтобы эффективно использовать квантовые системы для записи, хранения и обработки информации, нужны методы, которые позволяют точно измерять состояние квантовой системы и управлять ею. Проблема в том, что в квантовом мире любое взаимодействие системы с окружающей средой, включая произведенные измерения, немного изменяет ее состояние. Это приводит к ошибкам, которые затрудняют управление квантовыми системами, особенно в реальном времени.

Для поддержания системы в желаемом состоянии используют системы управления с обратной связью, которые реагируют на небольшие изменения системы и возвращают ее в требуемое состояния. Для простых систем силу, которую нужно при этом приложить, можно рассчитать аналитически. Однако в более сложных — и приближенных к реальной жизни — случаях готового решения нет.

В своей работе с использованием моделирования физики показали, что глубокое обучение с подкреплением эффективно справляется с этой задачей для системы с нелинейным гамильтонианом — функцией, которая описывает ее полную энергию. Обучением с подкреплением называют один из методов машинного обучения, при котором алгоритм обучается, взаимодействуя со средой и получая обратную связь. Значит, в каждом цикле обучения алгоритм как-то воздействует на состояние квантовой системы, а затем узнает, что из этого вышло.

До обучения взаимодействия были случайными, и поначалу алгоритму не удавалось поддерживать систему в нужном состоянии:

Шарик на холме визуализирует систему в нужном квантовом состоянии, задача алгоритма — удержать шарик в синей области / © Okinawa Institute of Science and Technology

Но уже через 300 циклов обучения эта задача давалась алгоритму довольно легко:

Шарик остается в синей зоне, но колебания его положения (красная линия) еще довольно большие / © Okinawa Institute of Science and Technology

А спустя 5000 циклов амплитуда необходимых воздействий стала минимальной:

Шарик на месте, колебания амплитуды приложенной силы (синяя линия), как и колебания положения шарика (красная линия), минимальны / © Okinawa Institute of Science and Technology

Таким образом, ученым удалось показать, что глубокое обучение с подкреплением эффективно возвращает систему в почти чистое «состояние кота Шредингера», при котором система находится одновременно в двух состояниях, как и кот в знаменитом мысленном эксперименте Эрвина Шредингера. При этом обучение происходит полностью автономно. Авторы статьи считают, что в дальнейшем и другие методы искусственного интеллекта можно использовать для управления квантовыми системами.

Статья с результатами исследования опубликована в журнале Physical Review Letters.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
24 ноября
Ольга Иванова

Исследование международного коллектива специалистов пролило свет на внезапное похолодание, произошедшее 34 миллиона лет назад и способствовавшее образованию антарктических ледяных щитов.

Вчера, 14:21
Ольга Иванова

Исследовательская группа из Великобритании провела эксперимент и выяснила, какие факторы могут быть причиной удовольствия, получаемого от объятий.

Позавчера, 11:34
Илья Ведмеденко

Российские инженеры спроектировали самолет для межконтинентальных полетов в стратосфере. Его можно назвать условным аналогом британского Skylon.

23 ноября
Мария Азарова

Международная команда ученых на примере более чем 30 тысяч жителей Западной Европы и США оценила связь между возникновением сердечной недостаточности и приемом аспирина.

21 ноября
Александр Березин

Зачем Россия во время испытания нового оружия создала кучу обломков, угрожающих МКС? Верно ли, что подобные действия сделают ближний космос непригодным к использованию? Naked Science рассказывает, почему ответы на оба эти вопроса — совсем не такие, как кажется.

20 ноября
Алиса Гаджиева

Черная смерть (вторая большая европейская пандемия чумы), которая собирала свой урожай с XIV по XIX век, убила, по, некоторым оценкам, до 60% населения Европы времен Столетней войны. А в VI веке с ее предшественницей столкнулась бурно развивающаяся после многих десятилетий кризиса Восточная Римская империя. Византия устояла, несмотря на гибель десятков процентов населения. Но первая чума нанесла по ней ужасающий удар — не дав вернуть былое могущество. Некоторые предполагают, что империя выжила, так как пандемия была «несущественной». Naked Science разбирается, насколько верно это утверждение.

3 ноября
Ольга Иванова

Исследований на эту тему, как ни странно, мало, хотя предположений — великое множество. По мнению ученых из Венгрии, одна из причин такого поведения — высокая концентрация внимания на речи хозяина, а еще это означает, что собака слышит знакомое слово.

28 октября
Мария Азарова

Все образцы продукции популярных ресторанов быстрого питания, протестированные американскими учеными, содержали один или несколько видов фталатов либо других пластификаторов.

12 ноября
Мария Азарова

Кошки оказывались сбиты с толку, когда их человек, как им казалось, «телепортировался» в новое, неожиданное место. Однако они не реагировали таким же образом на чужих людей или других животных.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: