“量子比特+机器学习”可精准测磁场

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  据芬兰阿尔托大学官网近日报道,该校科研人员主导的国际团队提出了一种采用量子系统测量磁场的方法,新系统的度超过了标准量子极限。他们表示,从量子状态中快速提取信息,对于未来的量子处理器和现有超灵敏探测器来说都必不可少。此项研究向利用量子增强方法进行传感迈出了关键的第一步。

  在测量事物的程度方面,一个公认的经验法则就是所谓的“标准量子极限”:测量的度与可用资源的平方根成反比。换句话说,采用的资源(时间、辐射功率、图像数量等)越多,测量就越。所以,极度的意味着要使用极多的资源。

  最近,阿尔托大学、瑞士苏黎世联邦理工学院、俄罗斯莫斯科物理技术学院的科研团队挑战了这一极限:他们提出了一种采用量子系统测量磁场的方法,证明让量子现象和机器学习“双剑合璧”充当磁力计,得到的度超过了标准量子极限。

  研究人员在相关论文中称,利用超导人造原子(一种量子比特)的相干性可以改善磁场测量的度。他们设计了一个由硅芯片和重叠铝带组成的微型设备,当设备冷却至极低温度时,电流在其中不再受任何阻挡,表现出与真实原子类似的量子力学特性。当用微波脉冲辐照时,人造原子的状态发生了变化。结果表明,这种变化取决于外部施加的磁场:通过测量原子,就可以计算出磁场的大小。

  但为了超越标准量子极限,研究人员借用了机器学习领域广泛应用的模式识别技术。论文通讯作者安德雷·列别杰夫解释说:“我们采用了一种自适应技术。首先进行测量,然后根据测量结果,让模式识别算法决定如何改变下一步采用的控制参数,从而实现了最快速的磁场测量。”

  研究人员指出,从地质勘探到大脑活动成像,磁场探测都非常重要,新研究可在这些领域大显身手。(记者 刘霞)

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