物理學家利用人工智慧設計量子力學實驗

設計量子力學實驗很困難

維也納大學研究人員安東·齊林格(Anton Zeilinger)及其團隊設計了一種名為Melvin的人工智慧演算法，希望利用人工智慧技術來推進量子力學的研究。他們的研究成果已發表在《物理評論快報》上。

量子力學是最令人迷惑的科學領域之一，即使最優秀的物理學家也認為，量子力學非常複雜。正如英國諾丁漢大學的邁克爾·梅瑞菲爾德(Michael Merrifeld)所說：「如果量子力學沒有把你弄糊塗，那麼這是因為你還沒有真正理解它。」

因此，設計量子力學實驗很困難。然而，如果我們希望開發量子計算機或量子加密技術，那麼這樣的實驗至關重要。

齊林格的團隊認為，如果人類思維很難解決量子力學問題，那麼沒有人工干預的「大腦」或許將可以更容易設計出這種實驗。

這一概念的提出者是博士生馬里奧·科倫(Mario Krenn)。他曾嘗試設計一種實驗，利用激光和鏡子去實現特定量子態。在這一過程中，他發現自己只是在做猜想，而計算機演算法也可以進行這樣的猜想，並且速度更快。

他表示：「因此我定義了目標，開發了演算法，讓演算法整夜運行。第二天上午，演算法生成了結果文件。這是令人興奮的一天。」

在運行過程中，Melvin演算法會組合量子力學實驗的不同模塊(即上述的激光和鏡子)，並檢查作為結果的量子態。

這一演算法可以隨機運行多種配置。如果隨機配置得出需要的結果，那麼Melvin將對其進行簡化。這一演算法還可以總結經驗，記住什麼樣的配置帶來什麼樣的結果，隨後在需要情況下使用這些配置。

我仍然很難直觀地理解 究竟發生了什麼

齊林格的團隊表示，到目前為止，演算法設計了一些人工無法想到的實驗，而某些實驗配置的工作方式很難理解。這與人工設計的實驗有很大不同。科倫表示：「我仍然很難直觀地理解，究竟發生了什麼。」

該團隊使用Melvin去嘗試Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)量子態。在這樣的量子態中，超過兩個光子出現糾纏。Melvin設計了51種能帶來糾纏態的實驗，而其中之一實現了GHZ態。

對於量子力學研究，人工智慧目前還無法完全取代人類。Melvin的運行結果仍需要人工去分析。不過這也帶來了一個問題：如果Melvin的運行結果太奇怪，人們無法理解，那麼又會發生什麼？