【专题——量子】机器人借助量子技术学习得更快

人工智能是我们现代生活的一部分。实际应用中的一个关键问题是这种智能机器的学习速度。实验已经回答了这个问题，表明量子技术可以加快学习过程。物理学家通过将用于单光子的量子处理器当作机器人来实现了这一结果。

机器人解决电脑游戏，识别人的声音，或帮助寻找最佳药物治疗：那些只是什么人工智能领域在过去几年已经产生了一些惊人的例子。不断寻求更好的机器的竞争引发了一个问题，即如何以及以何种方式实现改进。与此同时，在量子技术的巨大最近取得的进展已经证实量子物理学的力量，不仅是因为它往往奇特而令人费解的理论，同时也为现实生活中的应用。因此，将两个领域融合在一起的想法是：一方面，将人工智能与自主机器结合在一起；另一方面，量子物理学及其强大的算法。

在过去的几年中，许多科学家已经开始研究如何在这两个世界之间建立桥梁，并研究量子力学可以以何种方式证明对学习机器人有益，反之亦然。一些有趣的结果表明，例如，机器人决定下一步行动的速度更快，或者使用特定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，这是日益复杂的自动机发展的关键特征。

在菲利普·沃尔瑟（Philip Walther）领导的国际合作下，维也纳大学的实验物理学家团队与因斯布鲁克大学，奥地利科学院，莱顿大学和德国航空航天中心的理论家一起在实验方面取得了成功 首次证明了实际机器人学习时间的加快。该团队利用了单光子，即光的基本粒子，并将其耦合到由麻省理工学院设计的集成光子量子处理器中。该处理器被用作机器人并用于执行学习任务。在这里，机器人将学习如何将单个光子路由到预定义的方向。该出版物的第一作者瓦莱里亚·萨焦（Valeria Saggio）说：“实验表明，与不使用量子物理学的情况相比，学习时间大大减少了。”

简而言之，可以通过想象一个站在十字路口的机器人来理解实验，该机器人的任务是学习始终向左转。机器人在执行正确的动作时会通过获得奖励来进行学习。现在，如果将机器人放置在我们通常的古典世界中，那么它将尝试左转或右转，并且只有在选择了左转的情况下才能获得奖励。相反，当机器人利用量子技术时，量子物理学的奇异方面开始起作用。机器人现在可以利用其最著名，最独特的功能之一，即所谓的叠加原理。通过想象机器人同时左右旋转两个圈，可以直观地理解这一点。汉斯·布里格（Hans Briegel）表示：“这项关键功能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。因此，能够以叠加方式探索其环境的智能体的学习速度明显快于传统智能体。” ，与因斯布鲁克大学的小组一起开发了有关量子学习代理的理论构想。

结合使用这两种技术的实验证明，可以通过使用量子计算来增强机器学习，这显示出令人鼓舞的优势。菲利普·沃尔瑟说：“我们才刚刚开始了解量子人工智能的可能性，因此，每一项新的实验结果都为该领域的发展做出了贡献，而该领域目前被视为量子计算领域中最富饶的领域之一。”