「時間晶體」的量子特性,能用於建構類似人腦的神經網路!

科學家嘗試建構類似人腦的神經網路,期望藉此提升運算性能,應用於 AI 等領域。近日,東京國立資訊研究所(NII)發表論文於《Science Advances》期刊,表示「時間晶體」的量子特性,能夠用於建構複雜的神經網路。

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時間晶體會在時間下週期性重複,展現永動狀態

諾貝爾物理學獎得主 Frank Wilczek 在 2012 年提出時間晶體的理論。簡單來說,固體、液體、氣體屬於三維晶體,它們的 pattern 在三維空間下有週期性重複的特性,但從時間維度來看,它們都恆定不變;然而時間晶體不僅在三維空間有週期性的特性,在時間下也會週期性重複,呈現一種永動狀態。

時間晶體的概念像是一杯熱茶,無論放了多久,它的溫度仍然比室溫高,但因為熱茶的能量沒有與外部交互作用,因次沒有違反物理定律。

幾年前,物理學家成功排列了一條鐿離子(ytterbium ion)線,用雷射光照射時,它們的糾纏電子對就以這種方式失去平衡。科學家也在其他材料觀察到類似的行為,為糾纏粒子系統量子交互作用的演化方式提供新見解。

透過時間晶體,研究團隊模擬複雜的神經網路

近期,研究團隊透過圖論中的工具,映射時間晶體排列的潛在變化,並展示時間晶體的排列,如何模仿高度複雜的網路。研究團隊在報告中提到,「這類網路並非規律或隨機,而是包含許多生物、社會與技術系統中的非凡拓樸結構(nontrivial topological structures)。」

使用超級電腦模擬這類系統,需要漫長的時間與龐大的硬體資源;但透過量子電腦中特定的量子位元組合,東京國立資訊研究所的理論物理學家 Kae Nemoto 表示,能夠模擬出複雜的網路,規模相當於全球的網路。量子計算工程師 Marta Estarellas 則表示,這個發現不僅帶來一種理解量子過程的新方式,也帶來看待量子電腦的不同方式。

透過時間晶體的網路模擬,未來科學家有望藉此技術模擬新藥、通訊軟體等等。但目前相關研究仍在初期,還要過上好一陣子才會應用於產業中。

參考資料

Science Advances》、《Science Alert

(本文提供合作夥伴轉載。首圖來源:Pixabay CC Licensed

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