記者從合肥高新區(qū)了解到，由國(guó)內(nèi)量子計(jì)算領(lǐng)軍企業(yè)本源量子與中國(guó)科學(xué)院資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室牽頭的研究團(tuán)隊(duì)攜手合作，運(yùn)用HASM-HHL量子機(jī)器學(xué)習(xí)算法，實(shí)現(xiàn)了江西省武功山的數(shù)字地形模型(DTM)降尺度，并研究了多種計(jì)算精度下，該算法對(duì)應(yīng)的量子線路的變化過(guò)程，不僅能達(dá)到經(jīng)典預(yù)處理共軛梯度法的計(jì)算精度，同時(shí)算法復(fù)雜度相對(duì)于經(jīng)典算法有效降低。研究成果日前發(fā)表在《科學(xué)報(bào)告》上。

如何采用理論完備的方法實(shí)現(xiàn)外蘊(yùn)量信息(例如衛(wèi)星遙感信息)與內(nèi)蘊(yùn)量信息(例如地面觀測(cè)信息)的有效集成，并解決生態(tài)環(huán)境曲面建模的誤差問(wèn)題、多尺度問(wèn)題、非線性問(wèn)題和大內(nèi)存需求問(wèn)題，一直以來(lái)是生態(tài)環(huán)境信息學(xué)面臨的重要挑戰(zhàn)。為解決上述問(wèn)題，研究人員將生態(tài)環(huán)境要素的格網(wǎng)化表達(dá)抽象為數(shù)學(xué)“曲面”，并通過(guò)曲面論、系統(tǒng)論和優(yōu)化控制論以及現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，創(chuàng)建了集成外蘊(yùn)量和內(nèi)蘊(yùn)量信息的高精度曲面建模(HASM)方法。然而，HASM仍有許多遺留問(wèn)題亟待解決。

高精度曲面建模(HASM)方法可將空間生態(tài)環(huán)境要素曲面建模轉(zhuǎn)換為求解大型稀疏線性代數(shù)方程組，該大型線性系統(tǒng)可運(yùn)用HHL量子算法進(jìn)行求解，將HASM機(jī)器學(xué)習(xí)與HHL量子算法的耦合稱為HASM-HHL量子機(jī)器學(xué)習(xí)。研究團(tuán)隊(duì)基于對(duì)HASM全局預(yù)測(cè)能力進(jìn)行理論研究和數(shù)值實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，選擇江西省武功山地區(qū)為案例區(qū)開(kāi)展實(shí)證研究，并通過(guò)本源量子QPanda提供的分布式計(jì)算框架，進(jìn)行量子算法模擬。經(jīng)估算，運(yùn)用HASM-HHL模擬整個(gè)地球表面時(shí)，在1公里×1公里空間分辨率，需要40量子比特;在1米×1米空間分辨率，需要45量子比特。結(jié)果表明，在充足的物理量子計(jì)算資源條件下，HASM-HHL算法具有更高的求解精度，相對(duì)于經(jīng)典算法有指數(shù)級(jí)加速效果。

這一成果誕生的HASM-HHL算法不僅提供了新的算法框架，也為后續(xù)更多的復(fù)雜計(jì)算問(wèn)題提供了新的思路，未來(lái)有望在模擬分析地球表層系統(tǒng)及其生態(tài)環(huán)境要素領(lǐng)域獲得更廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： 生態(tài)環(huán)境 機(jī)器學(xué)習(xí) 空間分辨率 計(jì)算資源 遺留問(wèn)題