Apprentissage automatique et intelligence artificielle dans le domaine quantique : un examen des progrès récents

Les technologies de l'information quantique, d'une part, et les systèmes d'apprentissage intelligents, d'autre part, sont toutes deux des technologies émergentes susceptibles d'avoir un impact transformateur sur notre société à l'avenir. Les domaines sous-jacents de la recherche fondamentale — information quantique d'un côté, apprentissage automatique (ML) et intelligence artificielle (AI) de l'autre — posent chacun leurs questions et défis spécifiques, qui ont jusqu'à présent été étudiés presque indépendamment. Toutefois, dans un nombre croissant de travaux récents, les chercheurs ont exploré dans quelle mesure ces domaines peuvent effectivement apprendre les uns des autres et s'enrichir mutuellement. Le ML quantique étudie l'interaction entre le calcul quantique et le ML, en examinant comment les résultats et techniques d'un domaine peuvent être utilisés pour résoudre les problèmes de l'autre. Nous avons récemment assisté à des avancées significatives dans les deux sens d'influence. Par exemple, le calcul quantique trouve une application cruciale en fournissant des accélérations pour les problèmes de ML, ce qui est essentiel dans notre monde de « big data ». Inversement, le ML imprègne déjà de nombreuses technologies de pointe et pourrait devenir un élément clé des technologies quantiques avancées. Au-delà de l'accélération quantique de l'analyse de données ou de l'optimisation classique de ML utilisée dans les expériences quantiques, des améliorations quantiques ont également été démontrées (théoriquement) pour des tâches d'apprentissage interactif, mettant en lumière le potentiel des agents d'apprentissage améliorés par le quantique. Enfin, des travaux explorant l'utilisation de l'IA pour la conception même d'expériences quantiques et pour l'exécution autonome de parties de recherche authentique ont rapporté leurs premiers succès. Au-delà des sujets d'amélioration mutuelle — explorant ce que ML/AI peut apporter à la physique quantique et vice versa — les chercheurs ont aussi abordé la question fondamentale des généralisations quantiques des concepts d'apprentissage et d'IA. Cela traite des questions du sens même de l'apprentissage et de l'intelligence dans un monde entièrement décrit par la mécanique quantique. Dans cette revue, nous décrivons les idées principales, les développements récents et les progrès dans un large spectre de recherches portant sur le ML et l'IA dans le domaine quantique.