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2019-12-9

  模拟高端实验 再现“上帝粒子”

  量子计算机将在科研领域“大显身手”

  物理学家一直在努力开发量子计算机并希望量子计算机发挥其量子力学效能帮助发现自然界的新规律。

  去年英国〖自然〗杂志报道称奥地利物理学家用4个“量子比特”组成的量子计算机第一次实现了对高能物理这样高端实验的完整模拟。近日〖自然〗杂志又报道一台初级量子计算机在某种意义上重新发现了“上帝粒子”——希格斯玻色子。据称加拿大D-Wave系统公司的量子计算机可以学会在堆积如山的海量数据中发现粒子的特征。

  尽管这台量子计算机的表现没有超过常规方法但科学家表示随着未来物理实验中数据量的增多量子计算机有望在科研领域“大显身手”。

  模拟高能物理实验

  据去年6月22日出版的〖自然〗杂志报道奥地利物理学家在4个“量子比特”组成的量子计算机研究中利用位于真空中的电磁场让4个离子排成一行每个离子编码为1个量子比特组成了一台迷你版的量子计算机。研究人员用激光束操控离子的自旋诱导离子执行逻辑运算。100多步计算后科学家成功证实了一个量子电动力学的预测:能量转化成物质创造出一个电子与一个正电子。

  研究人员希望未来能升级计算规模以便模拟强核力(让夸克依附在一起形成质子与中子并最终形成原子核)。而且升级版的量子计算机还有望解决更多问题比如帮科学家理解两个原子核的高速碰撞以及中子星与中微子等。

  搜寻希格斯玻色子

  近期科学家更进一步利用量子计算机发现了希格斯玻色子。

  2012年欧洲大型强子对撞机(LHC)团队宣布他们证明了希格斯玻色子的存在找到了粒子物理标准模型的最后一块拼图。CMS(紧凑缪子线圈)与ATLAS(超环面仪器)两个实验组都找到了质子对撞中制造出希格斯玻色子的证据。在这种方式中希格斯玻色子会衰变成更常见的玻色子比如一对高能光子。

  但每次LHC让两个质子发生对撞都会产生数百个其他粒子当它们撞到探测器时会被错误地解释成光子。为了帮助加快搜寻到希格斯玻色子ATLAS与CMS的物理学家用模拟数据训练机器学习算法来“沙里淘金”——从假信号中“揪出”真光子。

  最近CMS搜索希格斯玻色子负责人之一、美国加州理工学院物理学教授玛利亚·斯皮罗普鲁想要了解量子计算机能否让上述训练过程更高效尤其是在减少训练系统所需的模拟数据数量方面她说:“我想看看它到底能不能解决希格斯问题。”

  她的合作者亚力克斯·莫特是伦敦“深度学习”项目的物理学家他把学习过程转换成了可用“量子退火”计算机(加拿大D-Wave系统公司开发)计算的问题。这类机器能通过使编码量子信息的超导线圈降为最低能态从而发现某些问题的最优解。

  他们的想法是让量子计算机发现最佳标准让普通计算机接着使用这些标准在真实的数据中寻找光子的信号。为了检验这一理论团队用了位于南加州洛杉矶大学的D-Wave公司机器。实验非常成功斯皮罗普鲁说:“我们已经能够用小数据集训练来得出最优解。”

  ATLAS希格斯玻色子搜寻行动负责人之一克莱默说这证明是可行的这才是这项研究“最酷”的一部分。而且与传统计算机相比目前量子计算机并没有明显的技术优势但在未来的实验中数据量会更大届时量子机器学习将“大显身手”。

  美国纽约大学物理学家凯利·克莱默说量子计算机应用于解决实际的物理学问题而非通常的数学问题此举令人耳目一新“在这之前人们就觉得量子机器与物理实验或许有一天能交叉看来这次是成真了。”

  应用或超越物理学研究

  不过克莱默也指出尽管如此不要指望物理学家立刻就投身量子计算机的怀抱了。现在这个机器还没有斯皮罗普鲁与其团队在普通电脑上运行的虚拟版本表现得更好。而且要证明这些技术比现在的一些机器学习算法更高效仍然任重道远。斯皮罗普鲁也同意这一看法并补充道测试多种不同的方法相互比较哪个最好仍有必要。

  实验结果还可能对物理以外的领域产生影响。目前从地球科学到生物信息学研究者对量子计算机及其在机器学习领域的应用兴趣浓厚例如用于基因序列分析与蛋白质折叠的风险分析等。此外美国国家航空航天局(NASA)埃姆斯研究中心下属非营利组织大学太空研究联盟的戴维·文图勒氏正领导一项计划制造一台与D-Wave同类型机器由谷歌与NASA资助建成后将向全世界实验者们开放。

  (记者 刘 霞)

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站长之家(Chinaz.com) 12 月 1 日    共享单车在全国的主要城市随地可见因为过度投放不断的被有关部门清理掉。继前不久厦门出现共享单车坟墓近日南京也出现了万辆共享单车堆成山的情形。

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11 月 28 日南京江宁区亚都天元居小区附近一停车场被曝出上万辆僵尸单车堆积如山有居民表示从今年7、 8 月份开始该地点就开始堆放各类共享单车。

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据悉该停车场长约 82 米宽 60 米而这么打的停车场却远远不够堆放共享单车如今“单车山”已有2. 5 米高且还在不断长高。

报道称相关部门已通知各企业认领暂扣单车按道路交通法每辆将处以 50 元罚款。不少网友表示这就是过度投放的结果太浪费社会资源了。

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