近日，科學(xué)家提出量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的新NFL定理(No-Free-Lunch theorem)，推動(dòng)了量子計(jì)算機(jī)在機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的發(fā)展。

理論學(xué)家此前認(rèn)為，一個(gè)量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的訓(xùn)練算法集，但美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研究人員提出的量子NFL定理表明，量子糾纏可以消除這種指數(shù)級(jí)的增長(zhǎng)。該研究成果發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》(Physical Review Letters)上。

圖片來(lái)自《物理評(píng)論快報(bào)》(Physical Review Letters)

量子糾纏描述的是在原子尺度上的粒子系統(tǒng)的狀態(tài)，是量子計(jì)算的關(guān)鍵組成部分?！拔覀兊墓ぷ髯C明了大數(shù)據(jù)和量子糾纏在量子機(jī)器學(xué)習(xí)中均具有價(jià)值。（量子）糾纏可以帶來(lái)擴(kuò)展性，從而解決了在學(xué)習(xí)算法時(shí)，以指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的龐大數(shù)據(jù)問題?！泵绹?guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)科學(xué)家Andrew Sornborger說(shuō)道，“這個(gè)定理給了我們希望，量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)正朝著量子加速的目標(biāo)前進(jìn)，最終它們將超越現(xiàn)有的經(jīng)典計(jì)算機(jī)功能?！?/p>

傳統(tǒng)的NFL定理指出，由于對(duì)所有可能函數(shù)的相互補(bǔ)償，最優(yōu)化算法的性能是等價(jià)的。這個(gè)定理展示了數(shù)據(jù)在經(jīng)典機(jī)器學(xué)習(xí)中的作用，這意味著數(shù)據(jù)越多，平均性能就越好。但在量子機(jī)器學(xué)習(xí)中，量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展將受到指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的龐大數(shù)據(jù)限制。

美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的新NFL定理表明，在量子體系中，量子糾纏可以用來(lái)交換數(shù)據(jù)以減少對(duì)數(shù)據(jù)量的需求。該團(tuán)隊(duì)利用Rigetti量子計(jì)算機(jī)，將量子數(shù)據(jù)與參考系統(tǒng)糾纏在一起，以驗(yàn)證新定理。

傳統(tǒng)NFL定理與量子NFL定理對(duì)比，圖片來(lái)自論文

“我們?cè)诹孔佑布献C明，通過(guò)使用量子糾纏，可以有效地違反標(biāo)準(zhǔn)的NFL定理。而我們對(duì)該定理的新公式在實(shí)驗(yàn)測(cè)試中是成立的。”

論文第一作者Kunal Sharma表示?！靶翹FL定理表明，在量子機(jī)器學(xué)習(xí)中，量子糾纏和大數(shù)據(jù)都應(yīng)該被視為具有價(jià)值的資源，”美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室物理學(xué)家Patrick Coles說(shuō)，“而傳統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)只依賴于大數(shù)據(jù)?！?/p>

澎湃新聞?dòng)浾?王蕙蓉