“时间晶体”的量子特性,能用于构建类似人脑的神经网络!

科学家尝试构建类似人脑的神经网络,期望借此提升运算性能,应用于AI等领域。近日,东京国立信息研究所(NII)发布论文于《Science Advances》期刊,表示“时间晶体”的量子特性,能够用于构建复杂的神经网络。

时间晶体会在时间下周期性重复,展现永动状态

诺贝尔物理学奖得主Frank Wilczek在2012年提出时间晶体的理论。简单来说,固体、液体、气体属于三维晶体,它们的pattern在三维空间下有周期性重复的特性,但从时间维度来看,它们都恒定不变;然而时间晶体不仅在三维空间有周期性的特性,在时间下也会周期性重复,呈现一种永动状态。

时间晶体的概念像是一杯热茶,无论放了多久,它的温度仍然比室温高,但因为热茶的能量没有与外部交互作用,因次没有违反物理定律。

几年前,物理学家成功排列了一条镱离子(ytterbium ion)线,用激光光照射时,它们的纠缠电子对就以这种方式失去平衡。科学家也在其他材料观察到类似的行为,为纠缠粒子系统量子交互作用的演化方式提供新见解。

通过时间晶体,研究团队模拟复杂的神经网络

近期,研究团队通过图论中的工具,映射时间晶体排列的潜在变化,并展示时间晶体的排列,如何模仿高度复杂的网络。研究团队在报告中提到,“这类网络并非规律或随机,而是包含许多生物、社会与技术系统中的非凡拓扑结构(nontrivial topological structures)。”

使用超级计算机模拟这类系统,需要漫长的时间与庞大的硬件资源;但通过量子计算机中特定的量子字节合,东京国立信息研究所的理论物理学家Kae Nemoto表示,能够模拟出复杂的网络,规模相当于全球的网络。量子计算工程师Marta Estarellas则表示,这个发现不仅带来一种理解量子过程的新方式,也带来看待量子计算机的不同方式。

通过时间晶体的网络模拟,未来科学家有望借此技术模拟新药、通信软件等等。但目前相关研究仍在初期,还要过上好一阵子才会应用于产业中。

参考资料

《Science Advances》、《Science Alert》

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