一文讀懂！量子計算如何用於AI

2020-10-29 本源量子計算

毋庸置疑，量子計算這項技術仍處於發展的早期階段，儘管這項創新技術很新穎，卻仍有一眾科技公司投入巨資。像IBM、谷歌和微軟這樣的公司已經初步採取了投資和研發量子計算的措施。

本源量子計算機內部結構。圖片來源：本源量子


目前來看，量子計算比較有前景和「錢景」的領域之一是人工智慧。由於人工智慧是在分析大量數據集的基礎上進行操作的，因此在學習過程中的誤差和不準確度有很大的改進空間，而量子計算很可能讓我們提高算法的學習和解釋能力。

量子計算在人工智慧領域，更具體地說，在機器學習領域，到底有什麼幫助？事實上，現代機器學習的效率和成功程度很大程度上取決於它所獲得的數據集。數據集的大小決定了結果的質量，所以如果信息不充足，輸出的結果也不樂觀。不過，由於量子計算能夠超越傳統的二進位編碼體系，使得數據集的數量和多樣性都有可能擴大和豐富。有了更好、更深入的數據集，就有可能更好地訓練機器學習模型，從而有助於現實問題的解決。

本源量子已在量子人工智慧領域進行了初步探索。今年9月，本源量子推出了量子人工智慧應用——量子手寫數字識別。


該技術採用經典算法與量子算法混合，利用QPanda量子計算編程框架、VQNET量子機器學習框架實現QNN量子神經網絡，為後續量子算法加速計算機視覺量子化處理提供了可能。


雖然手寫數字識別在經典計算機中並不新鮮，這件工作在現有的模式識別中也較為平凡，但卻是小規模量子計算機具有一定實用價值的重要標誌。該應用的實現標誌了在經典計算機與量子計算機相互配合下能夠解決某些具體問題。

量子手寫數字識別。圖片來源：本源量子


量子計算給人工智慧帶來的另一個提升是 "自然語言處理 "能力的提升，可以對文本數據進行更深入的理解和分析。通過量子計算，算法可以更加了解文本數據的內容。換句話說，機器將能夠真正理解數據背後的含義，能夠分析整個句子和短語，而不僅僅是單詞。

今年初，劍橋量子計算公司（CQC）宣布，他們首次在量子計算機上執行自然語言處理測試並獲得成功。他們使用自然語言的「天然量子」結構，將語法句子翻譯成量子電路，然後在量子計算機上實現生成的程序，執行問答。通過在不依賴量子隨機存取器的情況下獲得結果，CQC科學家們發現了在含噪聲中等規模量子計算（NISQ）時代獲得量子優勢的途徑。

圖片來源：CQC官網


量子計算的加速優勢應用場景廣闊，而且在不久的將來很有可能實現。醫療領域也是量子計算最有希望的突破點。傳統計算機所能容納和分析的數據量有限，而量子計算的介入擴大了可供研究和比較的各種分子的規模和種類。分子模擬和比較的過程是任何藥物開發計劃的核心，量子計算將拓展醫學研究的邊界，允許更全面和多樣化的模擬，從而測試藥物和人體分子之間的相互作用。除了研究之外，量子計算還可以提高模式識別的能力，創建擴大的數據集，提高核磁共振圖像的準確性，從而使醫療專業人員能夠更快地診斷和治療疾病。

圖片來源：FORBES官網


與醫療保健領域的診斷類似，量子計算還將在金融行業釋放新的能力。具體來說，欺詐檢測技術主要依靠模式識別。量子計算機可以幫助在早期發現欺詐行為，並基於強大的計算功率與容量而顯著提高分析速度。

本源量子與建信金科合作成立量子金融實驗室，攜手探索量子計算在金融領域的實際應用。圖片來源：建信金科


除了醫療和金融，量子計算還將重新定義目前的營銷實踐。憑藉擴大的消費者數據集和分析能力，品牌和公司將能夠推出全新的定製化服務，以滿足用戶的需求。量子計算將使其在更精確的層面上定位客戶，開發出能夠準確滿足並預測客戶需求和偏好的營銷活動。

通過增強人工智慧基於數據集的分析和學習能力，量子計算將消除數據質量和分析準確性的主要顧慮，這些顧慮仍然是機器學習算法在各種場景下應用過程中的障礙。儘管量子計算如今還需要更多的時間來尋找與各行業的全面融合和應用，但無論如何，它帶來的變革將是顛覆性的。


參考資料：

[1]How Can AI And Quantum Computers Work Together?

https://www.forbes.com/sites/forbesbusinessdevelopmentcouncil/2020/10/27/how-can-ai-and-quantum-computers-work-together/#46873fd06ad1

[2]Visa, JPMorgan Are Already Preparing for Potential Quantum Cyberattacks

https://www.wsj.com/articles/visa-jpmorgan-are-already-preparing-for-potential-quantum-cyberattacks-11602255213

[3]Protecting quantum entanglement from leakage and qubit errors via repetitive parity measurements,Science Advances(2020).

https://advances.sciencemag.org/content/6/12/eaay3050.full

[4]以應用為先導！本源量子推出量子人工智慧應用.本源量子

[5]本源量子與建信金融科技合作助力量子計算產業發展.本源量子


註：本文由作者綜合網絡公開資料翻譯編撰，不代表本源量子立場。如有侵權，可聯繫刪除！

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