Les physiciens réalisent une avancée avec un nouveau dispositif quantique

Une équipe de physiciens de l’Université de Vienne a créé un nouveau dispositif quantique appelé memristor quantique, qui pourrait combiner les mondes de l’intelligence artificielle (IA) et de la technologie quantique. L’expérience, menée conjointement avec le Conseil national de la recherche (CNR) et le Politecnico di Milano en Italie, a été réalisée sur un processeur quantique intégré qui fonctionne sur des photons uniques. 

La recherche a été publiée dans la revue Nature Photonics. 

Découverte du memristor

Les applications d’intelligence artificielle reposent sur des réseaux de neurones inspirés de la structure biologique du cerveau humain, et ils sont formés mathématiquement jusqu’à ce qu’ils puissent effectuer des tâches humaines comme la reconnaissance faciale, la conduite ou l’interprétation d’images. L’un des principaux domaines de recherche dans ces domaines, à la fois dans l’académie et l’industrie, est l’intégration de dispositifs qui peuvent effectuer des calculs rapidement et efficacement. 

En 2008, il y a eu un grand progrès dans le domaine avec la découverte du memristor, qui est un dispositif qui change sa résistance en fonction d’une mémoire du courant passé. Après la découverte du memristor, les scientifiques ont appris que le comportement des memristors était similaire à celui des synapses neuronales. Cela a fait du memristor une partie importante des architectures neuromorphes. 

Conception du memristor quantique

Le groupe de physiciens expérimentaux a été dirigé par le professeur Phillip Walther et le Dr Roberto Osellame, et ils ont démontré comment un dispositif avec le même comportement qu’un memristor pourrait être conçu. Ce dispositif agit également sur des états quantiques et peut encoder et transmettre des informations quantiques, ce qui lui a valu le nom de « memristor quantique ». Il est extrêmement difficile de créer un tel dispositif étant donné la dynamique d’un memristor, qui contredit souvent le comportement quantique typique. 

L’équipe s’est appuyée sur des photons uniques et leur capacité à se propager simultanément dans une superposition de deux ou plusieurs chemins. C’est ce qui a dramatiquement aidé l’équipe à réaliser un tel dispositif. 

Ils ont mené une expérience où des photons uniques ont été propagés le long de guides d’ondes laser-écrits sur un substrat de verre. Ces photons uniques ont été guidés sur une superposition de plusieurs chemins, et l’un de ces chemins a été utilisé pour mesurer le flux de photons se déplaçant à travers le dispositif. La quantité de ces photons module la transmission sur l’autre sortie, ce qui réalise le comportement désiré similaire à un memristor. 

Les chercheurs ont également pu effectuer des simulations démontrant que les réseaux optiques avec des memristors quantiques peuvent être utilisés pour apprendre des tâches classiques et quantiques. C’est ce qui a conduit l’équipe à croire que le memristor quantique est ce qui est nécessaire pour fusionner les domaines de l’IA et de l’informatique quantique. 

Michele Spagnolo est le premier auteur de la recherche. 

« Déverrouiller le plein potentiel des ressources quantiques au sein de l’intelligence artificielle est l’un des plus grands défis de la recherche actuelle en physique quantique et en informatique », a déclaré Spagnolo.