علماء الفيزياء ينجحون في اختراع جهاز كمومي جديد

نجح فريق من علماء الفيزياء في جامعة فيينا في اختراع جهاز كمومي جديد يسمى الميمريستور الكمومي، والذي يمكن أن يجمع بين عالمي الذكاء الاصطناعي وتكنولوجيا الكم. تم إجراء التجربة إلى جانب المجلس الوطني للبحوث (CNR) وПолيتكنيك ميلانو في إيطاليا، وتم إنجازها على معالج كمومي متكامل يعمل على فوتونات منفردة.

نشرت الأبحاث في مجلة نيتشر فوتونيكس.

اكتشاف الميمريستور

تعتمد تطبيقات الذكاء الاصطناعي على شبكات عصبونية مستوحاة من البنية البيولوجية للدماغ البشري، وهي مدربة رياضيا حتى تتمكن من أداء مهام بشرية مثل التعرف على الوجوه أو قيادة السيارات أو تفسير الصور. واحدة من المجالات البحثية الرئيسية في هذه المجالات، سواء في الأكاديمية أو الصناعة، هي دمج الأجهزة التي يمكنها أداء الحسابات بسرعة وفعالية.

في عام 2008، كان هناك قفزة كبيرة إلى الأمام في هذا المجال مع اكتشاف الميمريستور، وهو جهاز يغير مقاومته اعتمادا على ذاكرة التيار السابق. بعد اكتشاف الميمريستور، اكتشف العلماء أن سلوك الميمريستورات يشبه سلوك الشبكات العصبونية. هذا ما جعل الميمريستور جزءا هاما من الهياكل الشبيهة بالدماغ.

هندسة الميمريستور الكمومي

كان الفريق بقيادة البروفيسور فيليب والثر والدكتور روبرتو أوسيلامي، وأثبتوا كيف يمكن هندسة جهاز يتصرف مثل الميمريستور. يعمل هذا الجهاز أيضا على الحالات الكمومية ويمكنه ترميز ونقل المعلومات الكمومية، مما أدى إلى تسميته “الميمريستور الكمومي”. من الصعب جدا إنشاء جهاز كهذا نظرا لديناميكيات الميمريستور، التي تتعارض في كثير من الأحيان مع السلوك الكمومي المعتاد.

استند الفريق إلى فوتونات منفردة وقدرتها على الانتشار في نفس الوقت في حالة مضافة من مسارات متعددة. هذا ما ساعد الفريق بشكل كبير في تحقيق جهاز كهذا.

أجروا تجربة حيث تم توجيه فوتونات منفردة عبر موجات توجيه ليزرية مكتوبة على قاعدة زجاجية. تم توجيه هذه الفوتونات في حالة مضافة من عدة مسارات، وتم استخدام واحدة من هذه المسارات لقياس تدفق الفوتونات التي تمر عبر الجهاز. يعدل عدد هذه الفوتونات النقل على المخرج الآخر، مما يحقق السلوك المطلوب الشبيه بالميمريستور.

تمكن الباحثون أيضا من إجراء محاكاة تظهر أن الشبكات البصرية ذات الميمريستورات الكمومية يمكن استخدامها لتعلم المهام الكلاسيكية والكمومية. هذا ما أدى إلى اعتقاد الفريق أن الميمريستور الكمومي هو ما يلزم لدمج مجالات الذكاء الاصطناعي والحوسبة الكمومية.

ميشيل سبانيولو هو المؤلف الأول للبحث.

“فتح الإمكانيات الكاملة للموارد الكمومية داخل الذكاء الاصطناعي هو واحد من أكبر التحديات في البحث الحالي في الفيزياء الكمومية وعلوم الحاسوب،” قال سبانيولو.