Físicos logran un avance con un nuevo dispositivo cuántico

Un equipo de físicos de la Universidad de Viena ha creado un nuevo dispositivo cuántico llamado memristor cuántico, que podría combinar los mundos de la inteligencia artificial (IA) y la tecnología cuántica. El experimento, que se llevó a cabo junto con el Consejo Nacional de Investigación (CNR) y el Politécnico de Milán en Italia, se realizó en un procesador cuántico integrado que opera con fotones individuales.

La investigación se publicó en la revista Nature Photonics.

Descubriendo el Memristor

Las aplicaciones de inteligencia artificial dependen de redes neuronales inspiradas en la estructura biológica del cerebro humano, y se entrenan matemáticamente hasta que pueden realizar tareas humanas como el reconocimiento facial, la conducción o la interpretación de imágenes. Una de las principales áreas de investigación en estos campos, tanto en la academia como en la industria, es la integración de dispositivos que puedan realizar cálculos de manera rápida y eficiente.

En 2008, hubo un gran avance en el campo con el descubrimiento del memristor, que es un dispositivo que cambia su resistencia dependiendo de una memoria de la corriente pasada. Después del descubrimiento del memristor, los científicos aprendieron que el comportamiento de los memristores era similar al de las sinapsis neuronales. Esto ha llevado a que el memristor se convierta en una parte importante de las arquitecturas neuromórficas.

Ingeniería del Memristor Cuántico

El grupo de físicos experimentales estuvo liderado por el Prof. Phillip Walther y el Dr. Roberto Osellame, y demostraron cómo un dispositivo con el mismo comportamiento que un memristor podría ser diseñado. Este dispositivo también actúa sobre estados cuánticos y puede codificar y transmitir información cuántica, lo que lo lleva a ser denominado “memristor cuántico”. Es extremadamente difícil crear tal dispositivo dado el dinamismo de un memristor, que a menudo contradice el comportamiento cuántico típico.

El equipo se basó en fotones individuales y su capacidad para propagarse simultáneamente en una superposición de dos o más caminos. Esto es lo que ayudó dramáticamente al equipo a realizar tal dispositivo.

Llevaron a cabo un experimento donde los fotones individuales se propagaron a lo largo de guías de onda grabadas con láser en un sustrato de vidrio. Estos fotones individuales se guiaron en una superposición de varios caminos, y uno de estos caminos se utilizó para medir el flujo de fotones que se movían a través del dispositivo. La cantidad de estos fotones modula la transmisión en la otra salida, lo que logra el comportamiento deseado similar a un memristor.

Los investigadores también pudieron realizar simulaciones que demostraron que las redes ópticas con memristores cuánticos pueden ser utilizadas para aprender tareas clásicas y cuánticas. Esto llevó al equipo a creer que el memristor cuántico es lo que se necesita para combinar los campos de la IA y la computación cuántica.

Michele Spagnolo es el autor principal de la investigación.

“Desbloquear el potencial completo de los recursos cuánticos dentro de la inteligencia artificial es uno de los mayores desafíos de la investigación actual en física cuántica y ciencia de la computación”, dijo Spagnolo.