精确人工智能――核物理与粒子物理领域的新生力量

粒子物理学中的尺度模子，已经乐成描写了全部已知根基粒子以及节制整个宇宙的所有四大根基力中的三种(除重力以外)。而这三种根基力——电磁力、强彼此浸染力(简称强电力行业)与弱彼此浸染力(简称弱力)——不只节制着粒子的形成，也抉择了粒子之间怎样彼此浸染以及怎样逐渐衰减。

然而，在这套框架之内研究粒子与核物理如故很是坚苦，必要依靠于大局限数值研究。譬喻，强力中的不少题目都必要在质子巨细的异常之一乃至是百分之一晶圆之上，对动力学举办数值模仿，因此答复关于质子、中子以及原子核基天性子的相干题目。

物理学助理传授Piala Shanahan暗示，“最终，我们在行使晶格场理论的质子与核布局研究中遭碰着计较手段的限定。对付许多风趣的题目，我们只知道如安在原则上加以办理，但纵然是天下上局限最大的超等计较机也不敷以提供须要的算力容量。”

为了打破这些限定，Shanahan率领了一支将理论物理学与呆板进修模子相团结的小组。在克日颁发在《物理评述快报》上的论文《基于等变流的晶格场论采样》(Equivariant flow-based sampling for lattice gage theory)傍边，他们展示了怎样将物理理论的对称性纳入呆板进修与人工智能架构傍边，借此为理论物理带来更快的算法。

Shanahan表明道，“我们行使呆板进修不是为了说明大量数据，而是但愿以不侵害要领严酷性的方法加快第一道理理论。这项非凡事变表白，我们可以构建内置有粒子与核物理尺度模子的某些对称性呆板进修架构，并在当前面临的采样题目中实现量级式的计较速率晋升。”

Shanahan与麻省理工学院研究生Gurtej Kanwar以及来自纽约大学的Michael Albergo配合提倡了这个项目。跟着项目扩展，理论物理中心博士后Daniel Hackeet与Denis Boyda、纽约大学传授Kyle Cranmer、谷歌Deep Mind团队能干物理学的呆板进修科学家Sébastien Racanière与Danilo Jimenez Rezende也纷纷被吸引进来。

克日颁发的论文旨在实现今朝在计较层面难以办理的理论物理学研究课题。作为系列文章中的一篇，Kanwar在论文中暗示“我们的方针是为理论物理规模的要害数值计较部门开拓新的算法。这些计较使我们深入相识到粒子物理学尺度模子(即最基本的物质理论)的内部事变道理。相干计较功效可以或许与粒子物理尝试(譬喻CERN的大型强子对撞机)举办较量以带来至关重要的启迪，同时更准确地束缚模子，进而发明模子中的哪些部门无法创立、必要向更深条理的根基道理举办扩展等。”

研究非扰动状态下粒子物理学尺度模子的独一已知的体系可控要领，就是基于真空中量子涨落快照的采样。通过丈量颠簸的特征，我们可以揣度出粒子特征及其碰撞倾向性。

但Kanwar表明道，这项技能的实验面对着诸多挑衅。“相干采样事变很是昂贵，我们正在全力试探，实行行使受物理学道理开导的呆板进修技能进步样本收罗服从。呆板进修在天生图像方面已经取得了长足的前进。譬喻，英伟达最近的事变就是通过神经收集天生「想象中的」人脸图像。假如将这些真空快照视为图像，信托其也有望辅佐我们以相同的要领办理研究题目。”

Shanahan还增补道，“按照今朝的量子快照采样要领，我们优化出一套模子，可以或许辅佐我们由易于采样的空间过渡到方针空间：操作这套颠末实习的模子，我们只必要在易于采样的空间中举办独立采样，再由该模子对采样要领举办转换，即可极大晋升采样服从。”

详细来讲，该小组引入了一套框架以构建呆板进修模子。该模子完全尊重“类型对称性”这一对付研究高能物理至关重要的对称性道理。

作为道理证明，Shanahan及其同事行使本身的框架实习呆板进修模子，在二维空间之上模仿理论并与现有技能举办功效较量。可以看到，其执行服从迎来了数目级层面的晋升，同时也能按照场论做出更准确的猜测。这统统，都为行使物理信息支持下的呆板进修技能、大大加快对天然根基力系统的研究事变铺平了阶梯。

该小组还在之前的几篇相助论文中接头了怎样将呆板进修技能应用简朴的晶格场论，并以紧凑连通歧管为基本开拓出新的要领，可用于描写比尺度模子更为伟大的场景论用例。此刻，他们正全力将这项技能扩展到最新计较方案傍边。

Kanwar暗示，“通过已往一年的全力，我们已经证明将物理常识与呆板进修技能相团结确实拥有光亮的成长远景。我们正起劲思量怎样行使这套要领实现全面模仿，借此办理剩余的障碍。但愿这些要领可以或许在将来几年中初次在大局限计较中一展技艺。假如可以或许乐成降服最后的障碍，我们在有限资源下的事变手段将获得明显加强，我也急切等候着在现实应用中试探那些超呈现有最优物理领略领域的事物，为其成立起亘古未有的新奇看法。”

该团队将这种基于物理信息的呆板进修观念，总结为“从新算起型AI”。这一观念，也成为最近方才由麻省理工学院创立的美国国度科学基金会人工智能与基本交互研究所(IAIFI)设定的一大要害主题。而Shanahan本人在个中接受物理理论研究和谐员。

（编辑：湖南网）

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