Fyysikot tekevät läpimurron uudella kvanttilaitteella

Wienin yliopiston fyysikoiden tiimi on luonut uuden kvanttilaitteen, jota kutsutaan kvanttimemristoriksi, joka voisi yhdistää tekoäly- ja kvanttiteknologian maailmat. Kokeen, jossa oli mukana myös Italian kansallinen tutkimusneuvosto (CNR) ja Politecnico di Milano, toteutettiin integroidulla kvanttiprosessorilla, joka toimii yksittäisten fotonien kanssa.

Tutkimus julkaistiin Nature Photonics -lehdessä .

Memristorin löytäminen

Tekoälysovellukset perustuvat hermoston biologiseen rakenteeseen inspiroitiin neuroverkkoihin, ja ne koulutetaan matemaattisesti, kunnes ne voivat suorittaa ihmistehtäviä, kuten kasvojen tunnistamista, ajoa tai kuvien tulkitsemista. Yksi tärkeimmistä tutkimusalueista näissä aloissa, sekä akateemisessa maailmassa että teollisuudessa, on laitteiden integrointi, jotka voivat suorittaa laskutoimituksia nopeasti ja tehokkaasti.

Vuonna 2008 tapahtui suuri edistysaskel alalla, kun memristori löydettiin, joka on laite, joka muuttaa resistanssiaan muistin perusteella aiemmasta virrasta. Memristorin löytymisen jälkeen tutkijat havaitsivat, että memristorien käyttäytyminen oli samankaltaista hermosynapsien kanssa. Tämä on johtanut siihen, että memristori on tullut oleelliseksi osaksi neuromorfeja arkkitehtuureja.

Kvanttimemristorin suunnittelu

Kokeellisten fyysikoiden ryhmää johti Prof. Phillip Walther ja Dr. Roberto Osellame, ja he osoittivat, miten laite, jolla on samanlainen käyttäytyminen kuin memristorilla, voidaan suunnitella. Tämä laite toimii myös kvanttitiiloilla ja voi koodata ja lähettää kvanttietoa, mikä on johtanut siihen, että sitä kutsutaan “kvanttimemristoriksi”. On erittäin haastavaa luoda tällainen laite, koska memristorin dynamiikka usein ristiriitaa tyypillisen kvanttikäyttäytymisen kanssa.

Tutkijaryhmä riippui yksittäisten fotonien ja niiden kyvystä propagoida samanaikaisesti usean polun superpositiossa. Tämä auttoi ratkaisevasti tiimin toteuttamaan tällaisen laitteen.

He suorittivat kokeen, jossa yksittäisiä fotonien propagoitiin laserkirjoitettujen aaltojohtimien kautta lasisubstraatilla. Nämä yksittäiset fotonit johdettiin usean polun superpositiossa, ja yksi näistä poluista käytettiin fotonien virtauksen mittaamiseen laitteen läpi. Fotonien määrä moduloi lähetystä toisessa ulostulossa, mikä saavuttaa halutun käyttäytymisen, joka on samankaltainen kuin memristorin.

Tutkijat pystyivät myös suorittamaan simulaatioita, jotka osoittivat, että optiset verkot kvanttimemristoreilla voidaan käyttää klassisten ja kvanttitehtävien oppimiseen. Tämä johti tiimin uskomaan, että kvanttimemristori on se, mitä tarvitaan yhdistämään tekoäly- ja kvanttilaskennan alat.

Michele Spagnolo on tutkimuksen ensisijainen tekijä.

“Kvanttiresurssien täydellisen potentiaalin avaaminen tekoälyssä on yksi suurimmista haasteista nykyisessä kvanttifysiikan ja tietojenkäsittelytieteen tutkimuksessa”, Spagnolo sanoi.