موسسه فیزیک انرژی بالا (IHEP) چین در پکن در حال پیشروی رویکردهای نوآورانه در محاسبات کوانتومی و یادگیری ماشین کوانتومی است تا مسیرهای تحقیقاتی جدیدی را در برنامه فیزیک ذرات خود باز کند. هیدکی اوکاوا, ویدونگ لی و جون کائو توضیح دادن
موسسه فیزیک انرژی بالا (IHEP)، بخشی از آکادمی علوم چین، بزرگترین آزمایشگاه علوم پایه در چین است. این برنامه میزبان یک برنامه تحقیقاتی چند رشتهای است که شامل فیزیک ذرات بنیادی، اخترفیزیک و همچنین برنامهریزی، طراحی و ساخت پروژههای شتابدهنده در مقیاس بزرگ میشود - از جمله منبع نوترونی Spallation چین که در سال 2018 راهاندازی شد و منبع فوتون با انرژی بالا که قرار است بیاید. آنلاین در سال 2025
در حالی که سرمایهگذاری در زیرساختهای آزمایشی IHEP در 20 سال گذشته بهطور چشمگیری افزایش یافته است، توسعه و کاربرد فناوریهای یادگیری ماشین کوانتومی و محاسبات کوانتومی اکنون در برنامه تحقیقاتی IHEP نتایج گستردهای را به همراه دارد.
علم بزرگ، راه حل های کوانتومی
فیزیک پر انرژی جایی است که "علم بزرگ" با "داده های بزرگ" روبرو می شود. کشف ذرات جدید و کاوش در قوانین اساسی طبیعت، تلاش هایی هستند که حجم باورنکردنی از داده ها را تولید می کنند. برخورد دهنده بزرگ هادرون (LHC) در سرن پتابایت (10) تولید می کند15 بایت) داده در طول اجرای آزمایشی آن - که همه آنها باید با کمک محاسبات شبکه ای پردازش و تجزیه و تحلیل شوند، یک زیرساخت توزیع شده که منابع محاسباتی را در سراسر جهان شبکه می کند.
به این ترتیب، شبکه محاسباتی LHC در سراسر جهان به جامعه هزاران فیزیکدان امکان دسترسی تقریباً واقعی به داده های LHC را می دهد. این شبکه محاسباتی پیچیده برای کشف برجسته بوزون هیگز در سرن در سال 2012 و همچنین پیشرفتهای بیشماری دیگر برای بررسی بیشتر مدل استاندارد فیزیک ذرات، اساسی بود.
با این حال، نقطه عطف دیگری در حال ظهور است، هنگامی که صحبت از ذخیره، تجزیه و تحلیل و استخراج داده های بزرگ در فیزیک انرژی بالا می شود. برخورد دهنده هادرون بزرگ با درخشندگی بالا (HL-LHC)، که پیش بینی می شود در سال 2029 وارد عملیات شود، به عنوان درخشندگی یکپارچه دستگاه، متناسب با تعداد برخورد ذرات که در یک زمان معین رخ می دهد، یک "خراش محاسباتی" ایجاد می کند. ، در برابر ارزش طراحی LHC ضریب 10 افزایش می یابد - همانطور که جریان داده های تولید شده توسط آزمایش های HL-LHC افزایش می یابد.
CERN QTI: بهره گیری از علم بزرگ برای سرعت بخشیدن به نوآوری کوانتومی
در کوتاه مدت، یک «خط پایه محاسباتی» با ظاهر جدید برای مقابله با تقاضای فزاینده داده HL-LHC مورد نیاز خواهد بود – خط پایه ای که به بهره برداری در مقیاس واحدهای پردازش گرافیکی برای شبیه سازی موازی، ضبط و پردازش مجدد داده ها نیاز دارد. و همچنین کاربردهای کلاسیک یادگیری ماشینی. سرن، به نوبه خود، همچنین یک نقشه راه میان مدت و بلندمدت ایجاد کرده است که جوامع فیزیک انرژی بالا و فناوری کوانتومی را از طریق ابتکار فناوری کوانتومی سرن (QTI) گرد هم میآورد - تشخیص اینکه جهشی دیگر در عملکرد محاسباتی در حال مشاهده است. با استفاده از محاسبات کوانتومی و فناوری های شبکه کوانتومی.
بازگشت به مبانی کوانتومی
کامپیوترهای کوانتومی، همانطور که از نامشان پیداست، از اصول بنیادی مکانیک کوانتومی بهره برداری می کنند. مشابه کامپیوترهای کلاسیک که به بیتهای دودویی که مقدار 0 یا 1 را میگیرند متکی هستند، کامپیوترهای کوانتومی از بیتهای باینری کوانتومی بهرهبرداری میکنند، اما به صورت برهمنهی حالتهای 0 و 1. این برهم نهی، همراه با درهم تنیدگی کوانتومی (همبستگی بین بیتهای کوانتومی)، اصولاً رایانههای کوانتومی را قادر میسازد تا برخی از انواع محاسبات را به طور قابلتوجهی سریعتر از ماشینهای کلاسیک انجام دهند - برای مثال، شبیهسازیهای کوانتومی که در حوزههای مختلف شیمی کوانتومی و سینتیک واکنش مولکولی اعمال میشوند.
در حالی که فرصتها برای علم و اقتصاد گستردهتر قانعکننده به نظر میرسند، یکی از دردسرهای مهندسی بزرگ مرتبط با رایانههای کوانتومی در مراحل اولیه، آسیبپذیری آنها در برابر نویزهای محیطی است. برای مثال، کیوبیتها بهراحتی به دلیل تعامل با میدان مغناطیسی زمین یا میدانهای الکترومغناطیسی سرگردان از تلفنهای همراه و شبکههای WiFi، مختل میشوند. فعل و انفعالات با پرتوهای کیهانی نیز می تواند مشکل ساز باشد، همانطور که تداخل بین کیوبیت های همسایه نیز می تواند مشکل ساز باشد.
راهحل ایدهآل – یک استراتژی به نام تصحیح خطا – شامل ذخیره اطلاعات یکسان در چند کیوبیت است، به طوری که وقتی یک یا چند کیوبیت تحت تأثیر نویز قرار میگیرد، خطاها شناسایی و تصحیح میشوند. مشکل این کامپیوترهای کوانتومی به اصطلاح مقاوم به خطا، نیاز آنها به تعداد زیادی کیوبیت (در حدود میلیونها) است – چیزی که پیادهسازی آن در معماریهای کوانتومی مقیاس کوچک نسل فعلی غیرممکن است.
در عوض، طراحان کامپیوترهای کوانتومی مقیاس متوسط نویز امروزی (NISQ) می توانند اثرات نویز را همانطور که هستند بپذیرند یا تا حدی خطاها را به صورت الگوریتمی – یعنی بدون افزایش تعداد کیوبیت ها – در فرآیندی به نام کاهش خطا بازیابی کنند. چندین الگوریتم برای ایجاد انعطافپذیری در برابر نویز در رایانههای کوانتومی در مقیاس کوچک شناخته شدهاند، به طوری که «مزیت کوانتومی» ممکن است در برنامههای خاص فیزیک با انرژی بالا با وجود محدودیتهای ذاتی رایانههای کوانتومی نسل فعلی قابل مشاهده باشد.
یکی از این تحقیقات در IHEP بر شبیهسازی کوانتومی متمرکز است، و ایدههایی را که در ابتدا توسط ریچارد فاینمن در مورد استفاده از دستگاههای کوانتومی برای شبیهسازی تکامل زمانی سیستمهای کوانتومی ارائه شده بود - بهعنوان مثال، در کرومودینامیک کوانتومی شبکه (QCD) به کار میبرد. برای زمینه، مدل استاندارد تمام فعل و انفعالات اساسی بین ذرات بنیادی را جدا از نیروی گرانشی توصیف می کند - یعنی به هم پیوستن نیروهای الکترومغناطیسی، ضعیف و قوی. به این ترتیب، این مدل شامل دو مجموعه از بهاصطلاح نظریههای میدان سنج کوانتومی است: مدل گلاشو-واینبرگ-سالم (ارائهی توصیفی یکپارچه از نیروهای الکترومغناطیسی و نیروهای ضعیف) و QCD (برای نیروهای قوی).
بهطور کلی، نظریههای میدان سنج کوانتومی را نمیتوان بهصورت تحلیلی حل کرد، با اکثر پیشبینیها برای آزمایشها که از روشهای تقریب با بهبود پیوسته (همچنین به عنوان اغتشاش شناخته میشود) به دست میآیند. در حال حاضر، دانشمندان کارکنان IHEP روی شبیهسازی مستقیم میدانهای گیج با مدارهای کوانتومی تحت شرایط ساده شده (مثلاً در ابعاد فضا-زمان کاهشیافته یا با استفاده از گروههای محدود یا سایر روشهای جبری) کار میکنند. چنین رویکردهایی با تکرارهای فعلی رایانههای NISQ سازگار هستند و کار اساسی را برای اجرای کاملتر QCD شبکه در آینده نزدیک نشان میدهند.
شبیه ساز کوانتومی QuIHEP
به عنوان توسعه برنامه جاه طلبانه تحقیق و توسعه کوانتومی خود، IHEP QuIHEP را ایجاد کرده است، یک پلت فرم شبیه ساز محاسبات کوانتومی که دانشمندان و دانشجویان را قادر می سازد تا الگوریتم های کوانتومی را برای مطالعات تحقیقاتی در فیزیک با انرژی بالا توسعه و بهینه کنند.
برای وضوح، شبیهسازهای کوانتومی چارچوبهای محاسباتی کلاسیکی هستند که سعی میکنند یا را شبیهسازی کنند "شبیه سازی" رفتار کامپیوترهای کوانتومی از سوی دیگر، شبیهسازی کوانتومی از سختافزار محاسباتی کوانتومی واقعی برای شبیهسازی تکامل زمانی یک سیستم کوانتومی استفاده میکند - به عنوان مثال مطالعات QCD شبکه در IHEP (متن اصلی را ببینید).
به این ترتیب، QuIHEP یک محیط توسعه کاربرپسند و تعاملی ارائه می دهد که از خوشه های محاسباتی با کارایی بالا برای شبیه سازی تا حدود 40 کیوبیت استفاده می کند. این پلتفرم یک رابط آهنگساز برای آموزش و معرفی (برای مثال نشان دادن نحوه ساخت مدارهای کوانتومی به صورت بصری) فراهم می کند. محیط توسعه مبتنی بر نرم افزار منبع باز Jupyter و با یک سیستم احراز هویت کاربر IHEP ترکیب شده است.
در کوتاه مدت، QuIHEP با منابع محاسباتی کوانتومی توزیع شده در سراسر چین ارتباط برقرار خواهد کرد تا یک زیرساخت تحقیقاتی هماهنگ ایجاد کند. هدف: حمایت از همکاری صنعت و دانشگاه و آموزش و آموزش در علوم و مهندسی کوانتومی.
یادگیری ماشینی: روش کوانتومی
یکی دیگر از موضوعات تحقیقاتی کوانتومی در IHEP شامل یادگیری ماشین کوانتومی است که میتواند به چهار رویکرد مجزا گروهبندی شود: CC، CQ، QC، QQ (با C - کلاسیک، Q - کوانتومی). در هر مورد، حرف اول مربوط به نوع داده و حرف دوم مربوط به نوع کامپیوتری است که الگوریتم را اجرا می کند. برای مثال، طرح CC به طور کامل از داده های کلاسیک و رایانه های کلاسیک استفاده می کند، اگرچه الگوریتم های الهام گرفته از کوانتومی را اجرا می کند.
با این حال، امیدوارکنندهترین مورد استفادهای که در IHEP دنبال میشود، شامل دسته CQ یادگیری ماشین است، که در آن نوع دادههای کلاسیک در رایانههای کوانتومی نگاشت و آموزش داده میشود. انگیزه در اینجا این است که با بهره برداری از اصول مکانیک کوانتومی - فضای هیلبرت بزرگ، برهم نهی و درهم تنیدگی - رایانه های کوانتومی قادر خواهند بود به طور مؤثرتری از مجموعه داده های مقیاس بزرگ برای بهینه سازی روش های یادگیری ماشینی حاصل یاد بگیرند.
برای درک پتانسیل مزیت کوانتومی، دانشمندان IHEP در حال حاضر روی "کشف مجدد" ذره عجیب و غریب Z کار می کنند.c(3900) با استفاده از یادگیری ماشین کوانتومی. از نظر داستان پس زمینه: Zc(3900) یک ذره زیراتمی عجیب و غریب است که از کوارکها (بلوکهای سازنده پروتونها و نوترونها) ساخته شده و گمان میرود اولین حالت تتراکوارکی باشد که به صورت تجربی مشاهده شد - مشاهدهای که در این فرآیند، درک ما از QCD را عمیقتر کرد. این ذره در سال 2013 توسط آشکارساز طیف سنج پکن (BESIII) در برخورددهنده الکترون-پوزیترون پکن (BEPCII) با مشاهده مستقل توسط آزمایش Belle در آزمایشگاه فیزیک ذرات KEK ژاپن کشف شد.
نوآوری های بستر آزمایش QUANT-NET: تصور مجدد شبکه کوانتومی
به عنوان بخشی از این مطالعه تحقیق و توسعه، تیمی به رهبری جیاهنگ زو از IHEP و شامل همکارانی از دانشگاه شاندونگ و دانشگاه جینان، الگوریتم ماشین بردار پشتیبان کوانتومی (نوعی کوانتومی از یک الگوریتم کلاسیک) را برای آموزش به کار بردند. با سیگنال های شبیه سازی شده Zc(3900) و رویدادها به طور تصادفی از داده های BESIII واقعی به عنوان پس زمینه انتخاب شدند.
با استفاده از رویکرد یادگیری ماشین کوانتومی، عملکرد در مقایسه با سیستمهای یادگیری ماشینی کلاسیک رقابتی است – هرچند، بسیار مهم، با مجموعه داده آموزشی کوچکتر و ویژگیهای داده کمتر. تحقیقات برای نشان دادن حساسیت سیگنال افزایش یافته با محاسبات کوانتومی ادامه دارد، کاری که در نهایت می تواند راه را برای کشف ذرات جدید عجیب و غریب در آزمایش های آینده نشان دهد.
- محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
- PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
- PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
- PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
- منبع: https://physicsworld.com/a/ihep-seeks-quantum-opportunities-to-fast-track-fundamental-science/
- : دارد
- :است
- :جایی که
- $UP
- 1
- 10
- 120
- 20
- سال 20
- 2012
- 2013
- 2018
- 2025
- 40
- 7
- a
- قادر
- درباره ما
- بالاتر
- دانشگاه
- شتاب دادن
- شتاب دهنده
- شتاب دهنده ها
- پذیرفتن
- دسترسی
- در میان
- واقعی
- پیشرفت
- مزیت - فایده - سود - منفعت
- در برابر
- الگوریتم
- به صورت الگوریتمی
- الگوریتم
- معرفی
- در امتداد
- همچنین
- جاه طلب
- در میان
- مقدار
- an
- تحلیل
- و
- دیگر
- پیش بینی
- جدا
- ظاهر شدن
- کاربرد
- برنامه های کاربردی
- اعمال می شود
- با استفاده از
- روش
- رویکردها
- معماری
- هستند
- مناطق
- دور و بر
- AS
- مرتبط است
- At
- تصدیق
- پس زمینه
- مستقر
- خط مقدم
- اساسی
- BE
- رفتار
- پکن
- بودن
- باور
- اعتقاد بر این
- میان
- بزرگ
- بزرگ داده
- بیت
- بلاک ها
- بوزون
- به ارمغان می آورد
- بنا
- اما
- by
- محاسبه
- نام
- CAN
- نمی توان
- مورد
- دسته بندی
- شیمی
- چین
- چینی
- وضوح
- کلیک
- خوشه
- همکاری
- همکاران
- ترکیب شده
- بیا
- می آید
- آینده
- جوامع
- انجمن
- جمع و جور
- سازگار
- متقاعد کننده
- رقابتی
- کامل
- آهنگساز
- شامل
- کامپیوتر
- کامپیوتر
- محاسبه
- شرایط
- ساخته
- ساخت و ساز
- زمینه
- اصلاح شده
- همبستگی
- مطابقت دارد
- اشعه های کیهانی
- میتوانست
- همراه
- ایجاد
- مهمتر
- جاری
- در حال حاضر
- داده ها
- مجموعه داده ها
- خواسته
- نشان دادن
- نشان دادن
- مستقر
- نشات گرفته
- توصیف
- شرح
- طرح
- طراحان
- با وجود
- شناسایی شده
- توسعه
- پروژه
- دستگاه ها
- ابعاد
- مستقیما
- کشف
- کشف
- کشف
- متمایز
- توزیع شده
- به طور چشمگیری
- دو
- در طی
- e
- هر
- مرحله اولیه
- اقتصاد
- آموزش
- به طور موثر
- اثرات
- هر دو
- را قادر می سازد
- تلاش می کند
- انرژی
- مهندسی
- افزایش
- در هم تنیدگی
- وارد
- محیط
- محیطی
- خطا
- خطاهای
- ایجاد
- تاسیس
- ارزیابی
- حوادث
- تکامل
- مثال
- موجود
- عجیب و غریب
- تجربه
- تجربی
- آزمایش
- بهره برداری
- بهره برداری
- بهره برداری از
- سوء استفاده
- گسترش
- عامل
- گسترده
- سریعتر
- امکانات
- کمتر
- رشته
- زمینه
- نام خانوادگی
- تمرکز
- برای
- استحکام
- نیروهای
- به جلو
- بنیادین
- چهار
- چارچوب
- از جانب
- کاملا
- اساسی
- اصول
- بیشتر
- آینده
- اندازه گیری
- همه منظوره
- عموما
- تولید
- تولید می کند
- داده
- می دهد
- هدف
- گرافیک
- گرانشی
- توری
- گروه ها
- دست
- سخت افزار
- بهره برداری
- سردرد
- کمک
- اینجا کلیک نمایید
- زیاد
- عملکرد بالا
- میزبان
- چگونه
- اما
- HTTPS
- huang
- i
- دلخواه
- ایده ها
- تصویر
- نهفته
- انجام
- پیاده سازی
- غیر ممکن
- in
- از جمله
- افزایش
- افزایش
- باور نکردنی
- مستقل
- تورم
- نقطه عطف
- اطلاعات
- شالوده
- ذاتی
- ابتکار عمل
- نوآوری
- ابتکاری
- موسسه
- یکپارچه
- فعل و انفعالات
- تعاملی
- رابط
- دخالت
- به
- معرفی
- بررسی
- تحقیقات
- سرمایه گذاری
- شامل
- موضوع
- IT
- تکرار
- ITS
- ژاپن
- JPG
- شناخته شده
- لابراتوار
- نقطه ی عطف بود
- بزرگ
- در مقیاس بزرگ
- بزرگترین
- راه اندازی
- قوانین
- پرش
- یاد گرفتن
- یادگیری
- رهبری
- ترک کرد
- نامه
- پسندیدن
- محدودیت
- لاین
- ارتباط دادن
- دراز مدت
- نزدیک
- دستگاه
- فراگیری ماشین
- ماشین آلات
- ساخته
- میدان مغناطیسی
- اصلی
- انبوه
- حداکثر عرض
- ممکن است..
- مکانیک
- ملاقات
- متدولوژی ها
- روش
- میلیون ها نفر
- استخراج معدن
- کاهش
- موبایل
- گوشی های تلفن همراه
- مدل
- مولکولی
- بیش
- اکثر
- انگیزه
- چند رشته ای
- چندگانه
- باید
- نام
- طبیعت
- نزدیک
- ضروری
- شبکه
- شبکه
- نوترون
- جدید
- نسل بعدی
- سر و صدا
- اکنون
- عدد
- مشاهده
- رخ می دهد
- of
- پیشنهادات
- on
- ONE
- مداوم
- آنلاین
- باز کن
- منبع باز
- نرم افزار منبع باز
- عمل
- فرصت ها
- بهینه سازی
- or
- منشاء
- در اصل
- دیگر
- ما
- نتایج
- روی
- موازی
- بخش
- گذشته
- مسیرها
- انجام
- کارایی
- گوشی های
- فیزیک
- دنیای فیزیک
- پیشگام
- برنامه ریزی
- سکو
- افلاطون
- هوش داده افلاطون
- PlatoData
- نقطه
- آمادگی
- پتانسیل
- عملی
- پیش بینی
- اصل
- از اصول
- مشکل
- مشکل ساز
- روند
- فرآوری شده
- در حال پردازش
- تولید کردن
- برنامه
- پروژه ها
- امید بخش
- پروتون ها
- فراهم می کند
- ارائه
- قرار دادن
- کوانتومی
- مزیت کوانتومی
- الگوریتم های کوانتومی
- کامپیوترهای کوانتومی
- محاسبات کوانتومی
- درهمتنیدگی کوانتومی
- یادگیری ماشین کوانتومی
- مکانیک کوانتومی
- شبکه کوانتومی
- تحقیقات کوانتومی
- سیستم های کوانتومی
- فناوری کوانتوم
- کوارک
- کیوبیت
- تحقیق و توسعه
- واکنش
- واقعی
- به رسمیت شناختن
- ضبط
- بهبود یافتن
- منطقه
- تجسم مجدد
- تکیه
- نشان دادن
- نیاز
- نیاز
- تحقیق
- محققان
- حالت ارتجاعی
- منابع
- حاصل
- ریچارد
- راست
- نقشه راه
- اجرا می شود
- s
- همان
- طرح
- علم
- علوم
- دانشمندان
- دیدن
- جستجو می کند
- انتخاب شد
- حساسیت
- مجموعه
- چند
- نشان داده شده
- سیگنال
- سیگنال
- به طور قابل توجهی
- مشابه
- به طور مشابه
- ساده شده
- شبیه سازی
- شبیه سازی
- شبیه سازی
- شبیه ساز
- کوچکتر
- صاعد
- نرم افزار
- راه حل
- برخی از
- چیزی
- مصنوعی
- منبع
- فضا
- تنش
- خاص
- کارکنان
- استاندارد
- ایستاده
- دولت
- ایالات
- ذخیره سازی
- ذخیره سازی
- استراتژی
- ساده کردن
- جریان
- قوی
- دانشجویان
- مطالعات
- مهاجرت تحصیلی
- چنین
- برهم نهی
- پشتیبانی
- حمایت از
- سیستم
- سیستم های
- گرفتن
- تیم
- فن آوری
- پیشرفته
- مدت
- قوانین و مقررات
- متن
- نسبت به
- که
- La
- شان
- موضوع
- اینها
- آنها
- این
- اگر چه؟
- هزاران نفر
- کوچک
- زمان
- به
- امروز
- با هم
- مسیر
- آهنگ
- آموزش دیده
- آموزش
- درست
- امتحان
- دو
- نوع
- انواع
- در نهایت
- زیر
- فهمیدن
- درک
- یکپارچه
- واحد
- دانشگاه
- استفاده کنید
- کاربر
- کاربر پسند
- با استفاده از
- استفاده می کند
- با استفاده از
- ارزش
- نوع دیگر
- مختلف
- در مقابل
- از طريق
- چشم انداز
- بصری
- جلد
- آسیب پذیری
- بود
- مسیر..
- ضعیف
- خوب
- چه زمانی
- که
- گسترده تر
- فای
- اراده
- با
- در داخل
- بدون
- مهاجرت کاری
- کارگر
- جهان
- در سرتاسر جهان
- سال
- بازده
- زفیرنت