1Kémiai Fizikai Elméleti Csoport, Kémiai Tanszék, Torontói Egyetem, Kanada.
2Számítástechnikai Tanszék, Torontói Egyetem, Kanada.
3Barcelona Szuperszámítógép Központ, Barcelona, Spanyolország
4Vector Institute for Artificial Intelligence, Toronto, Kanada.
5Max Planck Fénytudományi Intézet (MPL), Erlangen, Németország
6Canadian Institute for Advanced Research (CIFAR) Lebovic ösztöndíjas, Toronto, Kanada
Érdekesnek találja ezt a cikket, vagy szeretne megvitatni? Scite vagy hagyjon megjegyzést a SciRate-en.
Absztrakt
A logikai mesterséges intelligencia (AI) a mesterséges intelligencia egy olyan almezője, ahol a változók két meghatározott argumentumot vehetnek fel, igazat vagy hamisat, és a formális logika szabályait követő záradékokba vannak elrendezve. Számos probléma, amely a fizikai rendszerektől a matematikai sejtésekig terjed, kódolható ezekbe a záradékokba, és megoldható a kielégíthetőségük (SAT) ellenőrzésével. A gépi tanulási megközelítésekkel ellentétben, ahol az eredmények közelítések vagy helyi minimumok lehetnek, a Logic AI formális és matematikailag pontos megoldásokat kínál ezekre a problémákra. Ebben a munkában a logikai mesterséges intelligencia használatát javasoljuk optikai kvantumkísérletek tervezésére. Megmutatjuk, hogyan lehet egy SAT-problémába leképezni egy tetszőleges kvantumállapot kísérleti előkészítését, és javasolunk egy logikai alapú algoritmust, az úgynevezett Klaust, hogy értelmezhető reprezentációt találjunk az azt létrehozó fotonikus elrendezésről. Klaus teljesítményét a folyamatos optimalizáláson alapuló legkorszerűbb, erre a célra szolgáló algoritmussal hasonlítjuk össze. A logikai és a numerikus stratégiákat is kombináljuk annak megállapítására, hogy a logikai AI használata jelentősen javítja a probléma megoldását, megnyitva az utat a formálisabb megközelítések kidolgozásához a kvantumfizikai kísérletek kontextusában.
Kiemelt kép: Klaus algoritmus munkafolyamatának diagramja.
Népszerű összefoglaló
A fizikai rendszereken átívelő problémák a matematikai sejtésekig megoldhatók a Logic AI segítségével. Ez a munka jelenti az első alkalmazást a kvantumkísérletek tervezésében.
► BibTeX adatok
► Referenciák
[1] John McCarthy és mtsai. „Programok józan ésszel”. RLE és MIT számítási központ. (1960).
[2] Nils J Nilsson. „A valószínűségi logika újragondolva”. Mesterséges intelligencia 59, 39–42 (1994).
https://doi.org/10.1016/0004-3702(93)90167-A
[3] Adnan Darwiche. „Három modern szerep a logikának az ai-ban”. A 39. ACM SIGMOD-SIGACT-SIGAI Symposium on Principles of Database Systems 229–243. oldal (2020).
https:///doi.org/10.1145/3375395.3389131
[4] Johannes K Fichte, Markus Hecher és Stefan Szeider. „Időugrásos kihívás a sat-megoldáshoz”. International Conference on Principles and Practice of Constraint Programming 267–285. oldal (2020).
https://doi.org/10.1007/978-3-030-58475-7_16
[5] Marijn JH Heule, Oliver Kullmann és Victor W Marek. „A logikai pythagorean triples probléma megoldása és ellenőrzése a kocka és hódíts segítségével”. International Conference on Theory and Applications of Satisfiability Testing 228–245. oldal (2016).
https://doi.org/10.1007/978-3-319-40970-2_15
[6] Joshua Brakensiek, Marijn Heule, John Mackey és David Narváez. „Keller sejtésének megoldása”. Nemzetközi közös konferencia az automatizált érvelésről, 48–65. oldal (2020).
https://doi.org/10.1007/978-3-030-51074-9_4
[7] Aubrey DNJ de Grey. „A sík kromatikus száma legalább 5” (2018). arXiv:1804.02385.
arXiv: 1804.02385
[8] Craig S Kaplan. „Jelöletlen poliformok heesch számai” (2021). arXiv:2105.09438.
arXiv: 2105.09438
[9] Emre Yolcu, Scott Aaronson és Marijn JH Heule. „A collatz-sejtés automatizált megközelítése” (2021). arXiv:2105.14697.
arXiv: 2105.14697
[10] Evelyn Lamb. "A kétszáz terabájtos matematikai bizonyíték a valaha volt legnagyobb." Nature News 534, 17 (2016).
https:///doi.org/10.1038/nature.2016.19990
[11] Robert Wille, Nils Przigoda és Rolf Drechsler. „Kvantumáramkörök kompakt és hatékony műholdas kódolása”. 2013 AfriconPages 1–6 (2013).
https:///doi.org/10.1109/AFRCON.2013.6757630
[12] Robert Wille, Lukas Burgholzer és Alwin Zulehner. „Kvantumáramkörök hozzárendelése ibm qx architektúrákhoz a minimális számú swap és h művelettel”. 2019. 56. ACM/IEEE Design Automation Conference (DAC) 1–6. oldal (2019). arXiv:1907.02026.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1907.02026
arXiv: 1907.02026
[13] Giulia Meuli, Mathias Soeken és Giovanni De Micheli. „Sat-alapú ${$CNOT, T$}$ kvantumáramköri szintézis”. International Conference on Reversible Computation 175–188. oldal (2018).
https://doi.org/10.1007/978-3-319-99498-7_12
[14] Mingsheng Ying és Zhengfeng Ji. „A kvantumáramkörök szimbolikus ellenőrzése” (2020). arXiv:2010.03032.
arXiv: 2010.03032
[15] Mario Krenn, Jakob Kottmann, Nora Tischler és Alan Aspuru-Guzik. „Koncepcionális megértés kvantumoptikai kísérletek hatékony automatizált tervezésén keresztül”. Physical Review X 11, 031044 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevX.11.031044
[16] Sara Bartolucci, Patrick Birchall, Hector Bombin, Hugo Cable, Chris Dawson, Mercedes Gimeno-Segovia, Eric Johnston, Konrad Kieling, Naomi Nickerson, Mihir Pant és mások. „Fúziós alapú kvantumszámítás” (2021). arXiv:2101.09310.
arXiv: 2101.09310
[17] Mario Krenn, Armin Hochrainer, Mayukh Lahiri és Anton Zeilinger. „Összefonódás útvonalazonosság alapján”. Phys. Rev. Lett. 118, 080401 (2017).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.118.080401
[18] Mario Krenn, Xuemei Gu és Anton Zeilinger. „Kvantumkísérletek és grafikonok: Többpárti állapotok, mint a tökéletes illeszkedés koherens szuperpozíciói”. Phys. Rev. Lett. 119, 240403 (2017).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.119.240403
[19] Xuemei Gu, Manuel Erhard, Anton Zeilinger és Mario Krenn. „Kvantumkísérletek és grafikonok ii: Kvantum interferencia, számítás és állapotgenerálás”. Proceedings of the National Academy of Sciences 116, 4147–4155 (2019).
https:///doi.org/10.1073/pnas.1815884116
[20] Xuemei Gu, Lijun Chen, Anton Zeilinger és Mario Krenn. „Kvantumkísérletek és grafikonok. iii. nagydimenziós és többrészecskés összefonódás”. Phys. Rev. A 99, 032338 (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.99.032338
[21] Mario Krenn, Manuel Erhard és Anton Zeilinger. „Számítógép által ihletett kvantumkísérletek”. Nature Reviews Physics 2, 649–661 (2020).
https://doi.org/10.1038/s42254-020-0230-4
[22] Jian-Wei Pan, Zeng-Bing Chen, Chao-Yang Lu, Harald Weinfurter, Anton Zeilinger és Marek Żukowski. „Multifoton összefonódás és interferometria”. Rev. Mod. Phys. 84, 777–838 (2012).
https:///doi.org/10.1103/RevModPhys.84.777
[23] Dustin Mixon. „Grafikszínezési feladat a kvantumfizikából (díjjal!)”. https:///bit.ly/3fPFK1U. Hozzáférés dátuma: 2021-08-09.
https:///bit.ly/3fPFK1U
[24] Mario Krenn, Xuemei Gu és Daniel Soltész. „Kvantumfizika által ihletett kérdések a tökéletes illeszkedés szerkezetéről”. A 2. Horvát Kombinatorikus Napok (2019) anyaga.
https:///doi.org/10.5592/CO/CCD.2018.05
[25] Ilja Bogdanov. „Megoldás grafikonokra csak diszjunkt tökéletes egyezésekkel”. https:///bit.ly/3iAu6K1. Hozzáférés dátuma: 2021-08-09.
https:///bit.ly/3iAu6K1
[26] Mario Krenn. „Kombinatorikus egyenletrendszer exponenciálisan sok egyenlettel, másodfokú sok változóban”. https:///bit.ly/3lOUMJ9. Hozzáférés dátuma: 2021-08-09.
https:///bit.ly/3lOUMJ9
[27] Marcus Huber és Julio I. de Vicente. „A többdimenziós összefonódás szerkezete többrészes rendszerekben”. Phys. Rev. Lett. 110, 030501 (2013).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.110.030501
[28] Robert Raussendorf, Daniel E. Browne és Hans J. Briegel. „Mérés alapú kvantumszámítás klaszterállapotokon”. Phys. Rev. A 68, 022312 (2003).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.68.022312
[29] Maria Schuld, Ilya Sinayskiy és Francesco Petruccione. "Előrejelzés lineáris regresszióval kvantumszámítógépen". Phys. Rev. A 94, 022342 (2016).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.94.022342
[30] Aram W. Harrow, Avinatan Hassidim és Seth Lloyd. „Kvantumalgoritmus lineáris egyenletrendszerekhez”. Phys. Rev. Lett. 103, 150502 (2009).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.103.150502
[31] Jianwei Wang, Stefano Paesani, Yunhong Ding, Raffaele Santagati, Paul Skrzypczyk, Alexia Salavrakos, Jordi Tura, Remigiusz Augusiak, Laura Mančinska, Davide Bacco és mások. „Többdimenziós kvantumösszefonódás nagyméretű integrált optikával”. Science 360, 285–291 (2018).
https:///doi.org/10.1126/science.aar7053
[32] Stefano Paesani, Jacob FF Bulmer, Alex E. Jones, Raffaele Santagati és Anthony Laing. „Séma univerzális nagydimenziós kvantumszámításhoz lineáris optikával”. Phys. Rev. Lett. 126, 230504 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.230504
[33] Hui Wang, Jian Qin, Xing Ding, Ming-Cheng Chen, Si Chen, Xiang You, Yu-Ming He, Xiao Jiang, L. You, Z. Wang, C. Schneider, Jelmer J. Renema, Sven Höfling, Chao- Yang Lu és Jian-Wei Pan. „Bozon-mintavétel 20 bemeneti fotonnal és 60 módusú interferométerrel egy $1{0}^{14}$ dimenziós hilbert térben”. Phys. Rev. Lett. 123, 250503 (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.250503
[34] Jianwei Wang, Fabio Sciarrino, Anthony Laing és Mark G Thompson. „Integrált fotonikus kvantumtechnológiák”. Nature Photonics 14, 273–284 (2020).
https://doi.org/10.1038/s41566-019-0532-1
[35] Max Tillmann, Si-Hui Tan, Sarah E. Stoeckl, Barry C. Sanders, Hubert de Guise, René Heilmann, Stefan Nolte, Alexander Szameit és Philip Walther. „Általános többfoton kvantuminterferencia”. Phys. Rev. X 5, 041015 (2015).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevX.5.041015
[36] Han-Sen Zhong, Hui Wang, Yu-Hao Deng, Ming-Cheng Chen, Li-Chao Peng, Yi-Han Luo, Jian Qin, Dian Wu, Xing Ding, Yi Hu és társai. „Kvantumszámítási előny fotonok használatával”. Science 370, 1460–1463 (2020).
https:///doi.org/10.1126/science.abe8770
[37] Demian A. Battaglia, Giuseppe E. Santoro és Erio Tosatti. „Optimalizálás kvantumlágyítással: A kemény kielégítési problémák tanulságai”. Phys. Rev. E 71, 066707 (2005).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.71.066707
[38] Juexiao Su, Tianheng Tu és Lei He. „A kvantumlágyítási megközelítés logikai kielégítési problémához”. 2016. 53. ACM/EDAC/IEEE Design Automation Conference (DAC) 1–6. oldal (2016).
https:///doi.org/10.1145/2897937.2897973
[39] Alberto Leporati és Sara Felloni. „Három „kvantum” algoritmus a 3-sat megoldására. Theoretical Computer Science 372, 218–241 (2007).
https:///doi.org/10.1016/j.tcs.2006.11.026
[40] Edward Farhi, Jeffrey Goldstone és Sam Gutmann. „A kvantumközelítő optimalizálási algoritmus” (2014). arXiv:1411.4028.
arXiv: 1411.4028
[41] Artur García-Sáez és José I Latorre. „Egy pontos tenzorhálózat a 3sat problémához”. Quantum Information & Computation 12, 283–292 (2012).
https:///doi.org/10.5555/2230976.2230984
[42] Jingyi Xu, Zilu Zhang, Tal Friedman, Yitao Liang és Guy Broeck. „Egy szemantikai veszteségfüggvény a mély tanuláshoz szimbolikus tudással”. Nemzetközi konferencia a gépi tanulásról, 5502–5511. oldal (2018). url: procedure.mlr.press/v80/xu18h.
https:///proceedings.mlr.press/v80/xu18h
[43] Grigorij S Tseitin. „A levezetés összetettségéről a propozíciószámításban”. Az érvelés automatizálása 466–483. oldal (1983).
https://doi.org/10.1007/978-3-642-81955-1_28
[44] Martin Davis, George Logemann és Donald Loveland. „Gépi program tételbizonyításhoz”. Communications of the ACM 5, 394–397 (1962).
https:///doi.org/10.1145/368273.368557
[45] Niklas Eén és Niklas Sörensson. „Egy bővíthető SAT-megoldó”. Nemzetközi konferencia a kielégíthetőségi vizsgálat elméletéről és alkalmazásairól, 502–518. oldal (2003).
https://doi.org/10.1007/978-3-540-24605-3_37
[46] Niklas Eén és Niklas Sörensson. „A MiniSAT oldala”. http:///minisat.se/Main.html (2021). Hozzáférés ideje: 2021-08-05.
http:///minisat.se/Main.html
Idézi
[1] Anna Dawid, Julian Arnold, Borja Requena, Alexander Gresch, Marcin Płodzień, Kaelan Donatella, Kim A. Nicoli, Paolo Stornati, Rouven Koch, Miriam Büttner, Robert Okuła, Gorka Muñoz-Gil, Rodrigo A. Vargas-Hernández, Alba Cervera-Lierta, Juan Carrasquilla, Vedran Dunjko, Marylou Gabrié, Patrick Huembeli, Evert van Nieuwenburg, Filippo Vicentini, Lei Wang, Sebastian J. Wetzel, Giuseppe Carleo, Eliška Greplová, Roman Krems, Florian Marquardt, Michał Tomza, Maciej Lewenstein és Alexandre Dauphin, „A gépi tanulás modern alkalmazásai kvantumtudományokban”, arXiv: 2204.04198.
[2] Mario Krenn, Jonas Landgraf, Thomas Foesel és Florian Marquardt, „Artificial Intelligence and Machine Learning for Quantum Technologies”, arXiv: 2208.03836.
[3] Moshe Y. Vardi és Zhiwei Zhang, „Quantum-Inspired Perfect Matching under Vertex-Color Constraints”, arXiv: 2209.13063.
[4] L. Sunil Chandran és Rishikesh Gajjala, „Perfect Matchings and Quantum Physics: Progress on Krenn's Conjecture”, arXiv: 2202.05562.
A fenti idézetek innen származnak SAO/NASA HIRDETÉSEK (utolsó sikeres frissítés: 2022-10-15 14:52:54). Előfordulhat, hogy a lista hiányos, mivel nem minden kiadó ad megfelelő és teljes hivatkozási adatokat.
On Crossref által idézett szolgáltatás művekre hivatkozó adat nem található (utolsó próbálkozás 2022-10-15 14:52:52).
Ez a tanulmány a Quantumban jelent meg Creative Commons Nevezd meg 4.0 International (CC BY 4.0) engedély. A szerzői jog az eredeti szerzői jog tulajdonosainál marad, például a szerzőknél vagy intézményeiknél.
