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【生活記事】新實驗與量子計算新方向~9/12

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不知不覺距離上次記錄生活已經超過兩個月了,週末舉辦了不少次的桌遊聚餐聚會,就比較少時間能騰出來寫網誌.當然累積的時間一長,彷彿就覺得不寫不行、不吐不快,還是向大家分享我在實驗室學術方面的生活故事、還有其他方面的文字(aka 我的人生),希望大家會喜歡光陰堆疊產生的記事,歡迎分享、留言、轉發、拍手讚賞和捐款

學術紀錄:新實驗方向

在上次的生活記事有提到Geometry Phase gate Beam Splitter 的驚奇思路,我在深入研究(實驗和模擬)後確認這個方法確實可以產生GP Beam Splitter,不過這個量子邏輯閘和舊有的產生方式相比優勢不大(邏輯閘的速度相當,準確度可能還差了點),所以最後我們討論改變思路,計畫直攻 Geometry Phase tri-squeezing operation,並且確實獲得實驗進展.稍微岔題來說,實驗室原本的計畫是期待獲得更快更好的 Beam Splitter來推進量子機器學習的方向(quantum perceptron). 不過既然只是和既存類似的 Beam Splitter,那已經被時做過的邏輯閘本身就沒有學術價值.加上對於量子機器學習這個Beam splitter應用方向可以說大環境已經開始逐漸涼涼,加上老闆也不是很喜愛,那就自然先被冷凍(不過我之前自動化的程式已經寫好了,如果哪天要切回來這個方向,文檔紀錄很充足).

tri-squeezing operation背景資料:在量子計算的世界裡,多數人是用量子位元(二能階系統)做基本單位;很自然地會有人想用高維度的量子系統來儲存資訊,但是無窮維度的phonon mode 即使可以儲存很多資訊,需要的非線性量子邏輯閘一直是只聞樓梯響的階段(光學系統有些艱辛的進展,但是基本上不能用),其中最著名的量子邏輯閘就是cubic phase gate.從1999年開始物理學界就知道只要能實踐cubic phase gate,那麼無窮維度量子計算的潛力就會被釋放.同時,同樣是第三階的tri-squeezing operation 和cubic phase gate 有對應的轉換方法.只要我們能夠實作tri-squeezing operation,可以說就獲得了通關整個困難任務的核心鑰匙.

不過說起來簡單,實驗上非常困難,每增加一階複雜度的量子邏輯閘會慢10-15倍,所以正常情況下三階邏輯閘根本是慢到看不見(相反的,量子位元的量子糾纏透過MS Gate只需要一階邏輯閘).我其實直接嘗試過用很天真的方法測試,結果當然是找不到.中間花了將近一個月的遠路先去測試文章開頭有提到的GP Beam Splitter(這是一個沒什麼用的二階邏輯閘),先收集資料確定GP 這個理論路子可以被實驗實踐.得先知道GP Beam Splitter 對參數的敏感度之後才可以去挑戰更難搞的tri-squeezing operation.現在基本上我已經測試過不同參數下的tri-squeezing operation.初步的分析也沒有問題、相關的自動化校正程式碼也已經搞定,大概只需要完整的模擬就能正式開始收數據了(數值計算大概是極限了,看來沒有解析解) .

未知的光譜線

在追求tri-squeezing operation 之前,我曾經困擾於實驗觀察到了一條神奇的譜線幾週之久,這條譜線出現在目標實驗頻率範圍附近、而且強度頗強(無法忽視) ,曾經讓我們苦思許久那到底是什麼東西,且之前完全沒有紀錄也沒有印象這個玩意(因為光譜上該有的譜線都一一有物理對應關係,不可能憑空產生新物理).在排除可能是硬體故障或是leak 之後的因素後,最終我們肯定那是因為磁場產生spin energy zeeman splitting 的結果,至於其會突然出現的原因可能是我之前在校正磁場時沒有做好,所以原本被推得比較遠的zeeman splitting 頻譜才會跑到它不應該出現的地方.能夠定義問題後解決問題就並不困難,調整磁場大小和方向即可.因為離子井系統高度的穩定性,基本上只要看到任何神奇的現象都是我搞錯了什麼,絕對不是什麼新物理之類的科幻小說方向XD

好久不見的E-SWAP

恭喜我們實驗室的PhD Mu Young 通過QE2資格考(他是Dzmitry lab 歷史上第5個PhD),他目前和博後Jaren正努力把新系統蓋起來,這樣我們就可以用更高功率的雷射玩更多離子的量子電腦了.當然資格考最重要的就是研究展望(畫大餅),對於實驗物理學家而言,展望不像理論那麼好畫餅,通常得是要並非垂手可得但是又能做到的挑戰.我當初在Jaren 完成博士學位後的2019年,就有順著當時的方向推導了E-SWAP gate 的實踐方法,不過後來我們就轉換方向去深入量子機器學習,因為E-SWAP 需要的一些前提在舊系統完全不存在.正當我以為這份 Overleaf 紀錄和Notion 筆記會石沈大海成為Dzmitry lab 的上古化石時,Mu Young 成功把它全部挖出來閱讀和理解,並且將其資格考的未來展望以E-SWAP作結,我實在是非常開心.我基本上可以想像在我博士畢業之前這個E-SWAP 都不會被實作,但是有人在將來會把它實踐出來、創造科學知識實在是讚讚讚.

實驗日常維護雜想

雖然做量子物理實驗相較於量子物理理論更能學習各種雜七雜八的技能(尤其是系統的架設和維護),不過那並不代表那些知識都會成為專業護城河,有時候就只是學術界實驗室專業分化不夠高、或是使用的儀器技術還沒有迭代的緣故,舉例來說:我們實驗室目前有兩個系統,對於已經在運作的舊系統其藍光雷射必須要「每週清理」,這個清理技巧我可以說已經熟稔,當初博後Gleb教給我清理敏感共振腔和crystal 之技巧我都了然於胸,不過這整個技能樹其實完全沒有必要(笑.因為舊系統使用的是紅光倍頻成藍光的雷射系統,才會有需要不斷調教;對比實驗室最近正在架設的新系統使用了2012年還不存在的藍光晶片雷射,根本不需要清理特定倍頻雷射的技巧.所以即使能夠維修高級進階的光學元件是量子物理實驗PhD的利基(譬如我能夠清理高功率pulse laser 確實是個專業),那也絕對不是這種不會用到的屠龍雞肋.而在實驗室中,硬體架設就跟寫程式一樣除非東西壞掉了否則不要改,那自然就是每週都有PhD 或博士後得花時間用手部肌肉精妙的微操來清理雷射了顆顆(為修理而修理在三年多中花上100個小時,我有這個感嘆相信也不意外).

除了雷射的毛病之外,老化的電子控制系統常常會讓人覺得是有原子中的幽靈LOL 系統有時候不運作的元因就是有些電路板必需要重啟(重啟治百病)、或是相關的控制器慢慢壞掉(所以系統表現慢慢變差,直到哪天發現大事不好),這種非標準化工業穩定度的精妙系統可以運行量子電腦有時候我真的覺得是種奇蹟(笑燦爛

生活故事

閱讀心得明日醫學這本書讓我最震懾的地方在於「看到莫德納與mRNA技術如何在武漢肺炎之前已經充滿希望」(然後a16z彷彿無所不在),整本書對於21世紀生物醫學的幾個主要科技突破都有相當完整的介紹,從生物醫學與矽谷整合變成資料科學開始,娓娓道來CRISCAS 、人造器官、個人化醫療與追求永生等議題,直得推薦、讓人擁有架構的好書.

父親節禮物:今年我在我爸生日和父親節疊加的暑假挑了一個非常特別的禮物「一塊蘇格蘭高地產權」.Higtlnad title 是一個國家公園的營運方,透過出售可以轉移、不能商用的土地來籌措經費(所以這個產權其實比較像是捐贈),不過購買一百平方呎的話地圖上就真的會給一塊完整所有權,到時候就能在自己的蘇格蘭高地上去野餐和敲木樁XD 同時蘇格蘭的法律規定地主可以自稱為Sir/Lord,所以這整個禮物的全貌就是地產加上爵位(當然是娛樂意義上哈哈).

電子信箱:之前推薦的隱私信箱Criptxt正在逐漸死亡,開發速度減緩之外、Telegram社群開始荒廢外,也開始限制新用戶註冊,整個就是被監管追殺到快活不下去的樣子,我就直接去買Protonmail ProtonVPN 組合方案,把Criptext 裡面比較重要的帳戶通通搬到Protonmail.話說ProtonVPN 專業版用起來的速度就是極致流暢,哪怕是開啟安全模組先跳接到瑞士,都還是順得不得了,實在是強烈推薦.(我也在這段時間把密碼透過瀏覽器紀錄搬到密碼管理器了,更加心安)

鴻海量子計算演講:這個準備過程其實很有趣,因為我從沒有準備過這種偏向大眾的離子井量子計算實驗演講,還好我還是在兩週內把三四十頁簡報生出來了,之後我會有單獨的一篇網誌來記錄演講內容、影片連結的.我獲得比較有趣的資訊就是大概年底鴻海就會正式開始蓋量子計算實驗室了,能夠看到認識的老師來聽我演講真是開心:)

疫苗、輪班與室內用餐:新加坡終於在七月中拿掉了極為讓人不快的輪班制度,希望其再也沒有回來的一天,每天從10AM 工作到6-7PM 還是比較符合我的生活節奏;至於我在七月底施打完第二劑莫德納疫苗後,沒有感受到什麼副作用(週末稍微疲累),終於在八月中施打完疫苗兩週後獲得新加坡的內用資格,能好好坐下來吃一餐真是感動(下圖是我非常喜愛的泰式料理大餐)!!

幣圈故事

Solana summer 最終在八月爆發,完全沒有辜負埋伏了半年的等待(從年初就開始投入和研究各種項目),對我來說物理學術界是很有趣有意義的工作不過沒什麼錢,這個時候只能透過幣圈來賺點錢先獲得一點餘裕.畢竟我至今仍舊認為幣圈是我的副業和Plan B (希望整個量子計算產業不要在未來幾年冷掉就好了…).過去一年能夠認識Benson 和成為FTX 協力者實在是我的幸運,站在風口浪尖上目睹一整個世代的財富創造機會實在是震懾.本質上我確實相信solana 科技樹對區塊鏈的優化路徑,至於能夠成為SolanaTW 社群的管理員也是過去幾年幣圈積累的結果(尤其是IOTA 中文社群與虛擬貨幣流動吧等社群).另外一方面,能夠獲得Furucombo 老闆的支持成為社群大使我也是誠惶誠恐,畢竟現在待在EVM 宇宙的時間已經越來越少了,不過我一直非常喜歡Furucombo 這個項目,他就是最具體賦權給使用者能力拼揍完轉Money Lego.

同時我身為DLT產業的信仰者,當然是實實在在到處帶人手把手操作和入圈,從NUS 的學妹啦、到台灣的國中同學、大學朋友、VC 研究員等等,有興趣的人我真的就是從開錢包開始直接花一個晚上兩三個小時互動教學(當然現在都是教Solana了),知無不言、言無不盡.人比程式碼還要難搞,唯有更多的人理解DLT 所創造的數位稀缺可以對人類大規模協作有多大的幫助,我們才能真的讓更多人參與將其鑲嵌到文明和經濟的核心,否則一群nerd 在邊緣地帶發財的結局其實是挺悲哀的.(雖然我還是買了以下Solana 生態系領頭爆炸貴的NFT,不過這個意象我太喜歡了,研究生畢業後去711打工吃著熱狗堡,不過他的視野可是透過3D眼鏡看見別人所看不見的宇宙)

原文連結凝視奇點的物理學徒

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