Fyzici dosáhli průlomu s novým kvantovým zařízením

Tým fyziků z Vídeňské univerzity vytvořil nové kvantové zařízení nazvané kvantový memristor, které by mohlo spojit světy umělé inteligence (AI) a kvantové technologie. Experiment, který byl proveden společně s Národní výzkumnou radou (CNR) a Politecnico di Milano v Itálii, byl realizován na integrovaném kvantovém procesoru, který funguje na jednotlivých fotonech. 

Výzkum byl zveřejněn v časopise Nature Photonics. 

Objev memristoru

Aplikace umělé inteligence se spoléhají na neuronové sítě inspirované biologickou strukturou lidského mozku a jsou matematicky trénovány, dokud nedokážou vykonávat úkoly, jako je rozpoznávání obličejů, řízení nebo interpretace obrazů. Jedním z hlavních oblastí výzkumu v těchto oborech, jak v akademické sféře, tak v průmyslu, je integrace zařízení, která mohou provádět výpočty rychle a efektivně. 

V roce 2008 došlo k velkému pokroku v oboru s objevením memristoru, který je zařízení, které mění svůj odpor v závislosti na paměti minulého proudu. Po objevení memristoru vědci zjistili, že chování memristorů je podobné neuronovým synapsím. To způsobilo, že se memristor stal významnou součástí neuromorfních architektur. 

Inženýrství kvantového memristoru

Skupina experimentálních fyziků vedená profesorem Phillipem Waltherem a doktorem Robertem Osellamem prokázala, jak lze zařízení se stejným chováním jako memristor navrhnout. Toto zařízení také funguje na kvantových stavech a může kódovat a přenášet kvantové informace, což vedlo k jeho označení jako „kvantový memristor“. Je velmi obtížné vytvořit takové zařízení vzhledem k dynamice memristoru, která často odporuje typickému kvantovému chování. 

Tým se spoléhal na jednotlivé fotony a jejich schopnost propagovat současně v superpozici dvou nebo více cest. To dramaticky pomohlo týmu realizovat takové zařízení. 

Provedli experiment, ve kterém se jednotlivé fotony propagovaly podél vlnovodů laserem napsaných na skleněném substrátu. Tyto jednotlivé fotony byly vedeny v superpozici několika cest a jedna z těchto cest se používala k měření toku fotonů procházejících zařízením. Množství těchto fotonů moduluje přenos na druhém výstupu, což dosahuje požadovaného chování podobného memristoru. 

Vědci také provedli simulace, které prokázaly, že optické sítě s kvantovými memristory lze použít k učení klasických a kvantových úloh. To vedlo tým k přesvědčení, že kvantový memristor je to, co je potřeba k spojení oblastí umělé inteligence a kvantového výpočtu. 

Michele Spagnolo je prvním autorem výzkumu. 

„Odblokování plného potenciálu kvantových zdrojů v rámci umělé inteligence je jednou z největších výzev současného výzkumu v kvantové fyzice a počítačové vědě,“ řekl Spagnolo.