علماء الفيزياء يحققون اختراقات مع جهاز الكم الجديد

ابتكر فريق من علماء الفيزياء في جامعة فيينا جهازًا كميًا جديدًا يسمى ميمريستور الكم ، والذي يمكن أن يجمع بين عوالم الذكاء الاصطناعي (AI) وتكنولوجيا الكم. تم إجراء التجربة ، التي أجريت جنبًا إلى جنب مع المجلس القومي للبحوث (CNR) و Politecnico di Milano في إيطاليا ، على معالج كمي متكامل يعمل على فوتونات واحدة. 

تم نشر البحث في المجلة طبيعة الضوئيات. 

اكتشاف Memristor

تعتمد تطبيقات الذكاء الاصطناعي على الشبكات العصبية المستوحاة من التركيب البيولوجي للدماغ البشري ، ويتم تدريبهم رياضيًا حتى يتمكنوا من تنفيذ المهام البشرية مثل التعرف على الوجه أو القيادة أو تفسير الصور. أحد مجالات التركيز البحثية الرئيسية في هذه المجالات ، في الأوساط الأكاديمية والصناعية على حد سواء ، هو تكامل الأجهزة التي يمكنها إجراء العمليات الحسابية بسرعة وكفاءة. 

بالعودة إلى عام 2008 ، كانت هناك قفزة كبيرة إلى الأمام في هذا المجال مع اكتشاف memristor ، وهو جهاز يغير مقاومته اعتمادًا على ذاكرة الماضي الحالي. بعد اكتشاف memristor ، علم العلماء أن سلوك memristors كان مشابهًا للمشابك العصبية. وقد تسبب هذا في أن تصبح memristor جزءًا رئيسيًا من معماريات الشكل العصبي. 

هندسة الكم Memristor

قاد مجموعة علماء الفيزياء التجريبية البروفيسور فيليب فالتر والدكتور روبرتو أوسيلام ، وقد أوضحوا كيف يمكن تصميم جهاز له نفس سلوك memristor. يعمل هذا الجهاز أيضًا على الحالات الكمومية ويمكنه تشفير المعلومات الكمومية ونقلها ، مما يؤدي إلى تسميتها بـ "memristor الكم". من الصعب للغاية إنشاء مثل هذا الجهاز نظرًا لديناميكيات memristor ، والتي غالبًا ما تتعارض مع السلوك الكمي النموذجي. 

اعتمد الفريق على فوتونات مفردة وقدرتها على الانتشار في وقت واحد في تراكب من مسارين أو أكثر. هذا ما ساعد الفريق بشكل كبير على إدراك مثل هذا الجهاز. 

أجروا تجربة حيث تم نشر فوتونات مفردة على طول أدلة الموجات المكتوبة بالليزر على ركيزة زجاجية. تم توجيه هذه الفوتونات المفردة على تراكب عدة مسارات ، واستخدم أحد هذه المسارات لقياس تدفق الفوتونات التي تتحرك عبر الجهاز. تعدل كمية هذه الفوتونات الإرسال على الخرج الآخر ، مما يحقق السلوك المرغوب فيه على غرار memristor. 

تمكن الباحثون أيضًا من إجراء عمليات محاكاة توضح أنه يمكن استخدام الشبكات الضوئية ذات المذكرات الكمومية لتعلم المهام الكلاسيكية والكمية. هذا ما دفع الفريق إلى الاعتقاد بأن ذاكرة الكم هي ما نحتاجه لدمج مجالات الذكاء الاصطناعي والحوسبة الكمومية. 

ميشيل سبانيولو هو المؤلف الأول للبحث. 

قال سبانيولو: "إن إطلاق العنان للإمكانات الكاملة لموارد الكم في الذكاء الاصطناعي هو أحد أعظم تحديات البحث الحالي في فيزياء الكم وعلوم الكمبيوتر".