Φυσικοί Κάνουν Σπάσιμο Με Νέα Κβαντική Συσκευή

Μια ομάδα φυσικών στο Πανεπιστήμιο της Βιέννης έχει δημιουργήσει μια νέα κβαντική συσκευή που ονομάζεται κβαντικός memristor, η οποία θα μπορούσε να συνδυάσει τους κόσμους της τεχνητής νοημοσύνης (AI) και της κβαντικής τεχνολογίας. Το πείραμα, το οποίο διεξήχθη παράλληλα με το Εθνικό Συμβούλιο Ερευνών (CNR) και το Πολυτεχνείο του Μιλάνο στην Ιταλία, πραγματοποιήθηκε σε einen ολοκληρωμένο κβαντικό επεξεργαστή που λειτουργεί σε đơnικά φωτόνια.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Photonics.

Ανακαλύπτοντας τον Memristor

Οι εφαρμογές της τεχνητής νοημοσύνης βασίζονται σε νευρωνικά δίκτυα που εμπνέονται από τη βιολογική δομή του ανθρώπινου εγκεφάλου και μαθαίνουν μαθηματικά μέχρι να μπορέσουν να εκτελέσουν ανθρώπινες εργασίες όπως η αναγνώριση προσώπων, η οδήγηση ή η ερμηνεία εικόνων. Ένας από τους κύριους ερευνητικούς τομείς σε αυτά τα πεδία, τόσο στην ακαδημία όσο και στη βιομηχανία, είναι η ενσωμάτωση συσκευών που μπορούν να εκτελέσουν υπολογισμούς γρήγορα και αποτελεσματικά.

Πίσω στο 2008, υπήρξε ένα μεγάλο βήμα προς τα εμπρός στο πεδίο με την ανακάλυψη του memristor, το οποίο είναι μια συσκευή που αλλάζει την αντίσταση της ανάλογα με μια μνήμη του παρελθόντος ρεύματος. Μετά την ανακάλυψη του memristor, οι επιστήμονες έμαθαν ότι η συμπεριφορά των memristor ήταν παρόμοια με τις νευρωνικές συνάψεις. Αυτό έχει οδηγήσει τον memristor να γίνει ένα σημαντικό μέρος των νευρομορφικών αρχιτεκτονικών.

Μηχανική του Κβαντικού Memristor

Η ομάδα των πειραματικών φυσικών ηγήθηκε από τον καθηγητή Phillip Walther και τον Δρ. Roberto Osellame, και επέδειξαν πώς μια συσκευή με την ίδια συμπεριφορά όπως ένας memristor θα μπορούσε να μηχανευτεί. Αυτή η συσκευή ενεργεί επίσης σε κβαντικά состояния και μπορεί να κωδικοποιήσει και να μεταδώσει κβαντική πληροφορία, οδηγώντας στην ονομασία της ως «κβαντικός memristor». Είναι εξαιρετικά δύσκολο να δημιουργηθεί τέτοια συσκευή δεδομένων των δυναμικών ενός memristor, τα οποία συχνά αντίκεινται στην τυπική κβαντική συμπεριφορά.

Η ομάδα βασίστηκε σε μονά φωτόνια και την ικανότητά τους να προπαγανδίζονται ταυτόχρονα σε μια υπέρθεση δύο ή περισσότερων διαδρομών. Αυτό είναι που βοήθησε δραματικά την ομάδα να πραγματοποιήσει τέτοια συσκευή.

Εκτέλεσαν ένα πείραμα όπου μονά φωτόνια προπαγανδίστηκαν κατά μήκος οδηγών laser-γραμμένων σε ένα γυάλινο υπόστρωμα. Αυτά τα μονά φωτόνια οδηγήθηκαν σε μια υπέρθεση πολλών διαδρομών, και μια από αυτές τις διαδρομές χρησιμοποιήθηκε για να μετρηθεί ο ρυθμός των φωτονίων που κινούνταν μέσα στη συσκευή. Η ποσότητα αυτών των φωτονίων ρυθμίζει τη μετάδοση στην άλλη έξοδο, η οποία επιτυγχάνει τη επιθυμητή συμπεριφορά παρόμοια με έναν memristor.

Οι ερευνητές ήταν επίσης σε θέση να εκτελέσουν προσομοιώσεις που αποδείκνυαν ότι οι οπτικές δικτυώσεις με κβαντικούς memristor μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να μάθουν κλασικές και κβαντικές εργασίες. Αυτό οδήγησε την ομάδα να πιστεύει ότι ο κβαντικός memristor είναι αυτό που χρειάζεται για να συνδυάσει τους τομείς της AI και της κβαντικής υπολογιστικής.

Ο Michele Spagnolo είναι ο πρώτος συγγραφέας της έρευνας.

«Η απελευθέρωση του πλήρους potencial των κβαντικών πόρων μέσα στην τεχνητή νοημοσύνη είναι μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις της τρέχουσας έρευνας στην κβαντική φυσική και την επιστήμη των υπολογιστών», είπε ο Spagnolo.