機(jī)器學(xué)習(xí)在過去幾年里有了飛速發(fā)展，促進(jìn)了人類在癌癥檢測、圖像處理、地震預(yù)測、極端天氣預(yù)測和新系外行星探測方面的進(jìn)步。但是如果你想模擬自然，最好的方法是遵循量子力學(xué)原理。因此許多大學(xué)、實(shí)驗(yàn)室甚至是科技公司開始結(jié)合量子力學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)兩個(gè)領(lǐng)域，嘗試開發(fā)量子機(jī)器學(xué)習(xí)程序來模擬自然界的各類問題。

可惜迄今為止，我們?nèi)匀鄙傺芯抗ぞ撸瑏順?gòu)建可用的量子機(jī)器學(xué)習(xí)模型，并讓模型在可用的量子計(jì)算機(jī)上處理量子數(shù)據(jù)。未來，這種情況可能會(huì)發(fā)生改變。

當(dāng)?shù)貢r(shí)間3月9日，提出量子霸權(quán)的科技公司谷歌在官方博客上宣布，將聯(lián)合滑鐵盧大學(xué)、X公司（前身為谷歌X實(shí)驗(yàn)室）以及大眾汽車集團(tuán)，免費(fèi)開源自己的量子機(jī)器學(xué)習(xí)軟件TensorFlow Quantum（TFQ）。開源后，這套工具將有利于研究員更容易地開發(fā)量子機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用。

TFQ

說到TFQ，它是谷歌的TensorFlow工具包的一個(gè)附件，是一個(gè)用于快速構(gòu)建量子機(jī)器學(xué)習(xí)模型的開源庫，可以為開發(fā)者提供必要的工具，把量子計(jì)算和機(jī)器學(xué)習(xí)研究領(lǐng)域結(jié)合起來，控制和模擬自然或人工量子系統(tǒng)。例如有 50 - 100 個(gè)量子位的嘈雜中型量子 （NISQ） 處理器。TensorFlow是簡化的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可提供重復(fù)使用的代碼，從而使新的機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用不必從頭開始編寫代碼，這讓機(jī)器學(xué)習(xí)模型更易于應(yīng)用。 自2015年推出以來，它已極大地推動(dòng)了機(jī)器學(xué)習(xí)的發(fā)展。

TFQ實(shí)現(xiàn)過程演示

具體來說，TFQ可以讓開發(fā)者編寫量子應(yīng)用程序，而不用考慮運(yùn)行量子應(yīng)用程序的硬件問題。谷歌開發(fā)了一個(gè)轉(zhuǎn)化器，可以讓開發(fā)者在實(shí)際的量子計(jì)算機(jī)和經(jīng)典計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行切換。這意味著，開發(fā)者可以先在經(jīng)典計(jì)算機(jī)上模擬調(diào)試量子應(yīng)用程序，然后再嘗試在完整的量子計(jì)算設(shè)備上運(yùn)行程序。

TFQ項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Masoud Mohseni希望開發(fā)人員使用這套工具發(fā)現(xiàn)更多新的量子機(jī)器學(xué)習(xí)算法。Mohseni認(rèn)為，由于自然現(xiàn)象遵循量子規(guī)則，如果機(jī)器學(xué)習(xí)模型要準(zhǔn)確地反映世界，那么它們也必須是量子的。

谷歌在博客中寫道，隨著量子計(jì)算的發(fā)展，新的量子學(xué)習(xí)模型可能會(huì)對世界上最大的問題產(chǎn) 生深遠(yuǎn)的影響，從而在醫(yī)學(xué)，材料，傳感和通信領(lǐng)域取得突破。谷歌希望TFQ能做到這一點(diǎn)。

當(dāng)下，量子機(jī)器學(xué)習(xí)還是一個(gè)新興領(lǐng)域，但TFQ并不是該領(lǐng)域的第一個(gè)工具包。加拿大量子計(jì)算初創(chuàng)公司Xanadu也提供了一個(gè)類似的平臺(tái)，稱為Pennylane。 Xanadu研究人員內(nèi)森·基洛蘭認(rèn)為，谷歌開放TFQ是件大事。他指出，開發(fā)人員圍繞著TensorFlow等知名工具建立社區(qū)，共享代碼和想法，可以促進(jìn)創(chuàng)新，機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)也會(huì)因此變得更好。

在實(shí)驗(yàn)室研究外，量子計(jì)算軟件也在逐漸走向主流。例如，加拿大量子計(jì)算公司D-Wave 上個(gè)月就發(fā)布了其新版Leap工具包，用于量子應(yīng)用程序開發(fā)。多家大型公司正在使用Leap來開發(fā)內(nèi)部量子軟件。其中就有大眾汽車公司（Volkswagen），建立了超精確的公共交通模擬器來計(jì)劃公交路線，以及意大利電信公司（Telecom Italia）建立了用于優(yōu)化5G網(wǎng)絡(luò)的量子應(yīng)用程序。