解码薛定谔的猫：量子物理和人工智能的新颖交叉
原创 尤亦庄 集智俱乐部
导语
薛定谔的猫是一种神奇的量子叠加态，可以同时处于死亡和活着的状态；而在熟悉的经典世界，物体总是有确定的状态。从量子到经典的转换是如何发生的？集智科学家、加利福尼亚大学圣迭戈分校助理教授尤亦庄等人近日发表论文，用人工智能帮助揭示量子世界的奥秘。
研究领域：量子力学，人工智能，量子经典转换，薛定谔的猫态，信息瓶颈
GPT4，尤亦庄 | 作者
论文题目：
Observing Schrödinger's Cat with Artificial Intelligence: Emergent Classicality from Information Bottleneck
论文地址：
https://arxiv.org/abs/2306.14838
今天，我很高兴与您分享一场激动人心的旅程。让我们进入量子力学的核心，去探索物理学中一个历史悠久的难题——量子到经典的转换。我们的研究团队利用人工智能的能力，为这个古老问题提供了新的视角。我们将创新的人工智能技术与量子物理相结合，对量子力学中最为令人困惑的概念之一——薛定谔的猫进行建模！
图：人工智能透过随机测量观察薛定谔猫，经典现实在模型中涌现。
薛定谔的猫之谜
薛定谔猫是物理学家厄温·薛定谔提出的一个思想实验，是一个神奇的量子叠加态，在这种状态中的猫可以同时死亡和活着，直到它被观察。然而，在我们的日常经验中，我们从未遇到过这样奇怪的叠加态。物体要么在这里，要么在那里，但从未同时。这引发了一个迫切的问题——量子世界如何转变为我们日常熟悉的经典世界的？这就是我们所谓的量子到经典的转换，这也是科学家们一个世纪以来一直在努力解决的谜题。
释放人工智能的力量
为了探讨这个问题，我们寻求了一个强大的盟友——人工智能。我们利用了生成型语言模型的力量（这是一种可以模仿人类写文章和聊天的人工智能）来模拟量子态的“经典阴影”。这些阴影是从量子多体态的随机局部测量中获得的经典记录，它们代表了量子态在退相干后弥散在环境中的经典信息。然而，通过收集这些薛定谔猫的经典阴影并在经典计算机上处理它们，我们希望解码薛定谔猫的量子本质。
通过语言模型学习量子相干性
我们希望考察这些语言模型是否能够“解读”出经典阴影数据中编码的量子相干性。量子相干性是量子力学的一个核心特征，也是量子信息处理的关键。它以描述了不同状态之间的量子叠加和干涉，类似于薛定谔的同时死亡和活着的猫。
我们发现，对于较小的量子系统，强大的语言模型可以学会刻画量子相干性，并理解全部的量子现实。然而，随着量子系统的尺寸增加，模型很快就无法解码量子相干性，因为它们被编码在数据的越来越高阶的关联之中，而这种关联的随机涨落随着系统的尺寸呈指数增长，以至于越来越难以被模型所把握。因此，人工智能模型只能从数据中推断出薛定谔猫的经典现实：即要么活着要么死亡，而不会是同时。
揭示量子之谜
这项研究弥合了量子力学和熟悉的经典世界之间的差距，揭示了我们对宇宙的量子本质的认知或许会受到我们处理经典信息的能力的限制。随着我们不断发展完善这些模型和技术，人工智能将有望帮助我们逐渐揭示量子世界越来越深的奥秘，并使我们得以更加全面地理解和利用量子力学的神奇力量。
这只是量子物理的冰山一角！我们邀请您阅读我们的完整研究论文 [arXiv: 2306.14838]（论文链接：https://arxiv.org/abs/2306.14838），与我们一起深入探索量子领域的奥秘，以及人工智能如何照亮我们穿越这个复杂丛林的道路！
注：本文由 GPT4 撰写，经过作者修改。
学者简介
尤亦庄，加利福尼亚大学圣迭戈分校助理教授。研究领域为理论凝聚态物理，强关联系统，量子拓扑物态，多体局域化与热化，纠缠，张量网络，以及全息原理与机器学习。
个人网页：https://everettyou.github.io/
本文首发于：
https://www.douban.com/note/850758636/?_dtcc=1&_i=7829332pI38H7A
原标题：《解码薛定谔的猫：量子物理和人工智能的新颖交叉》