返台開會:量子機器學習、實驗維修與停滯~1/18

不知不覺快兩個月沒有更新生活技術和實驗室進展了,首先是年末耶誕假大家步調變得比較鬆散、能寫的事情比較少(除了回台開會的部分),其次是這段時間實驗基本上沒什麼進展,自從重疊兩隻薛丁格的貓之後便陷入了各種軟體糾錯和硬體維修的窘境,回顧日記還真的覺得難以下筆的心酸血淚.不過即使每天的進展都有線甚至沒有進展,也累積了不少故事值得寫下來了.如果大家喜歡覺得有趣的話就分享、回應、讚賞吧;)

返台開會:IWQCIPML

在這個會議我最驚訝的是知道台大物理有不少網誌的讀者,自己實在是不敢當(因為CQT同行的朋友們有和張教授的學生聚餐,話題間聊到我的blog才發現自己有忠實讀者),既然大家願意看那我有能力就會一直寫下去了.另外就是有傳播所愛研究的快樂:當然CQT/NUS整體無法和NIST、Maryland等聖地比較,不過我真心覺得自己實驗組的研究題目是有趣、有學術價值:不是主流用量子位元儲存量子資訊、而是用(無窮維度的)諧震子走出一條人少不過充滿趣味的方向,看到大家對我的實驗有興趣願意聽我講海報實在是非常高興,分享給別人自己所研究的事物確實非常有成就感.題外話,聽過不少人認為在PhD的階段我覺得做冒險一點的題目、純學術一點比較不會後悔,自己是同意這樣的看法、努力推進知識的邊疆(博士後或許就選擇比較保守:用量子位元建造商用大型量子電腦的主流道路).當然我猜大家會對這研究有興趣的包含了少數台灣以外的海報、以及少數做實驗的海報XD另外是和講者Alán Aspuru聊天時他開玩笑說,如果我博士後做這個題目、看向那只有不到90% fedility的離子井實驗應該轉行XD(因為離子阱量子資訊以高準度著稱)

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CQT的大家(左到右:hermanni、tobias、我、kishor)和Alán Aspuru(左二)開心自拍

拉回會議本身:invited speaker有不少大頭,對於量子機器學習(quantum machine learning)和量子增強的古典機器學習(hybrid machine learning)都有非常好的統整,個人非常建議哪天錄影上網之後可以去聽聽.稍微來個說文解字:量子機器學習強調的是某種量子演算法(通常在附加嚴苛的條件下)使計算的複雜度和古典電腦的算法有指數或多項式加速.而量子增強的古典機器學習則是在NISQ(有噪音的中小型量子計算機)時代把這種小型/品質不高的量子計算機當作某種非線性黑箱,幫助古典機器學習(當作QPU加速器吧).前者需要大規模可糾錯的量子電腦,可能要20年後才能商業化,後者則是或許在幾年內(和量子模擬在化學製藥上的應用並列)會成熟並且有商業應用.我們實驗室的SWAP test experiment在前者可以往E-Swap gate 發展並於(幾十年後?)邁向QPCA/HHL,關於如何讓在量子力學中被動演化的量子態變成主動角色的E-swap gate,加拿大教授Nathan Wiebe 給了段非常精彩的演講. 後者則是可以做Quantum K-mean algorithm,也是目前正在過卡關了的實驗…

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非常喜歡自己這張照片:全心投入向Dr. Jerry Chow(IBM Q)解釋我們的研究

特別值得記錄的事是:有台灣講者再談機器學習時好像犯了基礎入門的錯誤,被CQT同行的kishor在問答時間嗆爆,點心時間討論最後還承認了自己的錯誤.這實在是太狂了,聽過教授把研究生嗆到下不了講台,第一次看到有研究生把教授嗆爆lol

返台開會的短短時間也是有參加了些有趣的活動,感謝老爸(以及老爸EMBA的強大同學們)讓我體驗到了三創的HTC VR園區和三創專業的女僕餐廳,歡樂的中午XD

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和穿著巫女服(?的瓜瓜合照(她特別穿這樣好像是要從女僕咖啡廳畢業了

實驗室故事

這段時間實驗室基本上是多事之秋,軟體硬體都有必須紀錄的挑戰,或許是實驗守護神Gleb離去之後就各種雷射和程式bug開始作祟lol 硬體問題除了和下面提到的游離雷射相關外,我們當然也花了非常多的心血在調教Raman laser,這高功率雷射對於濕度非常敏感,只要濕度從69%跑到72%(每天都會變化的幅度),那我們便必須稍停實驗來進行微調,長時間以往就必須要大修清理(還好這段時間都不需要打開雷射、只靠調整Knob讓雷射功率恢復正常水平).至於游離雷射的麻煩和故事則是請大家看下面的分段說明了.

游離雷射(ionization laser)座標:雖然在光學桌上校正雷射向指向離子是件花時間要技巧的功夫,不過因為有離子提供信號反饋,差不多準確的起始設定就可以被信號優化.最讓人擔心的總是沒有訊號的校準:例如沒有離子的時.如何讓游離雷射打到正確的座標使原子失去電子產生離子.這整個過程完全沒有訊號反饋,所以調整它過去七年一直被全實驗室的人視為畏途(當初可能是純然的運氣讓這個校準成功的XD).直到去年12月實驗室在離子意外消失後,花了將近一周都無法重新獲得兩個Yb171離子的我和Chihuan決定按照標準的作法:把這道雷射指向離子井的正中央,然後期待能夠獲得由離成功的離子.事實證明這種準度10-50um等級的大略校準是有效的,游離雷射一打開不到3分鐘就能夠獲得離子,也在比較座標後發現之前的設置完全是不准的、只是由於游離雷射聚焦不強所以覆蓋節面積夠大…

游離雷射波長:關於游離雷射的故事不是這樣就走向happy ending,成功allign 後反而使顯得雷射能量太高、沒有辦法選擇想要的同位素.通常雷射功率當然是愈高愈好,不過高能量的雷射會產生power boardening,也就是頻譜會變得比較寬(通常不是什麼問題),而較寬頻譜的游離雷射會同時游離各種同位素:Yb170/Yb171/Yb172/Yb174.其中Yb174在自然界的豐度最高、也最容易在游離後被雷射冷卻,故我們的系統之前都是透過調整波長使得可以有約25%機會獲得Yb171(目標同位素) .可惜同樣的波長在高功率下給了我們整團種類各異的Yb cloud,所以只能反覆嘗試不同的波長並稍微更動協同運作(雷射冷卻)Doppler laser波長,最終總算是可以穩定獲得Yb171了.可能會有人問,既然現在游離雷射太準了、功率太高了,為何不調低輸出然後用老方法?這是最後不得已的做法,因為調低游離雷射功率會讓游離原子的效率降低,而我們希望的是能夠又快又準的只獲得Yb171,非到必要不想犧牲速度.

在攻克光學桌上硬體的同時,我們實驗室也花了非常多(更多)的精神測試/糾錯極為重要的軟體新功能:Generation of Arbitary State(GAS).理論上只需要red sideband/carrier transition 兩種操作便可於諧震子(Harmonic Oscillator)中創造任意的量子態.不過實驗上過去二十年來除了諾貝爾獎得主David Wineland曾於2001年探索這個方向外,整個子領域更像是蠻荒之地:我不禁納悶是由於沒有什麼人用諧震子(Phonon mode)做量子資訊,相關的toolbox自然就沒有人去開發?抑或是這方向太困難、試圖前進的人都失敗了因為fedility太低?

我們嘗試解決這個問題,結果在非常多的軟體問題上卡關.首先是發現連透過GAS準備的正弦波(sine wave)都居然和之前的軟體不一樣,完全沒有道理、讓人覺得匪夷所思,結果是因為python linspace會把區間切成N+1份/而非N份造成的誤差(在除錯的過程中發現有某個DDS的硬體訊號輸出會leak 0.2%,不過還好是個可以解決的問題).接下來就是我們一直沒有把握博後Chihuan寫出來的GAS 是正確的,因為迭代法的程式比較難以檢查所以我最後就說服老闆Dzmitry 獨立寫出GAS2來相互確認,測試結果是老闆寫的GAS2確定是錯的、我們仍舊無法確定GAS是否正確…之所以卡在這個尷尬的判斷是因為:1最後數值分析表現不好可能是數值分析的fit function 對於起始條件很敏感,所以我們製造的量子態可能是正確的;2最後數值分析表現不好或許真的反映了製備量子態的品質,不過問題或許不是在GAS演算法,而是red sideband/carrier transition 這兩種操作的精度有限;無法排除這兩種可能使得我們現階段不能肯定是不是GAS程式碼有問題QQ

學校故事

度過博士兩年生涯後,扣掉兩次資格考、兩次成為論文共同作者之外,一個新里程碑是完成修課要求,雖說CQT/NUS(大英國協體系)要求博士修習的課程數目遠少於美國體系(因為前者假設你要有碩士級訓練、後者則假設大學生升上來沒什麼根基),不過畢竟是把課程修完了可喜可賀LOL 下一個里程碑就是會在下學期擔任助教:因為老闆要教大一近代物理(狹義相對論和量子物理),那我和博士後就點頭答應幫忙當助教了.我一方面是想拓展人生經驗、同時複習一下基礎了物理理論,況且只有五次助教課實在是稱不上什麼大負擔,不幫不行啊!

生活故事

日環蝕:新加坡2019.12.26能夠體驗到數十年一次的日環蝕我自然是不會錯過,由NUS天文社、物理系都有提供望遠鏡和觀賞日蝕用的眼鏡給普羅大眾後,整個NUS操場上站了滿滿上千個人望向太陽(除了學生、教職員外,還有不少家庭是扶老攜幼參加),每個人即使都滿腳泥濘(因為早上下雨)卻都興致勃勃.可惜天空中的雲層逐漸靠近,在蝕甚(日蝕完整的時候)那兩分鐘漂過來蓋住了太陽,讓滿場的人發出噓聲和遺憾,最後現場就只有幾秒鐘撥雲見日的瞬間被照片捕捉.

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這真的是NUS天文社操場上當天拍攝到最好的環蝕照片了QQ

馬來西亞一日遊:2019耶誕節,趁著大學時期的好朋友正在她柔佛家裡休息我便抓準時機拜訪,七點鐘起床不到九點鐘抵達柔佛目的地了(待到晚上八點),叨擾了一整天就是四處走走看看並聚餐聊天,其中讓我印象最深刻的景象是這個大嘴鳥造型的裝置藝術,特別記錄這旅程並感謝我好朋友家人:)

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位於柔佛某處海邊的裝置藝術

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