I fisici fanno una svolta con il nuovo dispositivo quantistico

Un team di fisici dell'Università di Vienna ha creato un nuovo dispositivo quantistico chiamato memristor quantistico, che potrebbe combinare i mondi dell'intelligenza artificiale (AI) e della tecnologia quantistica. L'esperimento, condotto in collaborazione con il Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) e il Politecnico di Milano in Italia, è stato realizzato su un processore quantistico integrato che opera su singoli fotoni. 

La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Nature Photonics. 

Alla scoperta del Memristor

Le applicazioni di intelligenza artificiale si basano su reti neurali ispirate alla struttura biologica del cervello umano e sono addestrate matematicamente fino a quando non possono svolgere compiti umani come il riconoscimento facciale, la guida o l'interpretazione di immagini. Una delle principali aree di interesse della ricerca in questi campi, sia nel mondo accademico che nell'industria, è l'integrazione di dispositivi in ​​grado di eseguire calcoli in modo rapido ed efficiente. 

Nel 2008, c'è stato un grande balzo in avanti nel campo con la scoperta del memristor, che è un dispositivo che cambia la sua resistenza a seconda di una memoria della corrente passata. Dopo la scoperta del memristor, gli scienziati hanno appreso che il comportamento dei memristor era simile alle sinapsi neurali. Ciò ha fatto sì che il memristor diventasse una parte importante delle architetture neuromorfiche. 

Ingegneria del Quantum Memristor

Il gruppo di fisici sperimentali è stato guidato dal Prof. Phillip Walther e dal Dr. Roberto Osellame, e hanno dimostrato come si potrebbe progettare un dispositivo con lo stesso comportamento di un memristor. Questo dispositivo agisce anche sugli stati quantistici e può codificare e trasmettere informazioni quantistiche, tanto da essere definito un "quantum memristor". È estremamente difficile creare un tale dispositivo data la dinamica di un memristor, che spesso contraddice il tipico comportamento quantistico. 

Il team si è affidato a singoli fotoni e alla loro capacità di propagarsi simultaneamente in una sovrapposizione di due o più percorsi. Questo è ciò che ha notevolmente aiutato il team a realizzare un tale dispositivo. 

Hanno condotto un esperimento in cui i singoli fotoni sono stati propagati lungo guide d'onda scritte al laser su un substrato di vetro. Questi singoli fotoni sono stati guidati su una sovrapposizione di diversi percorsi, e uno di questi percorsi è stato utilizzato per misurare il flusso di fotoni che si muovono attraverso il dispositivo. La quantità di questi fotoni modula la trasmissione sull'altra uscita, che raggiunge il comportamento desiderato simile a un memristor. 

I ricercatori sono stati anche in grado di eseguire simulazioni che dimostrano che le reti ottiche con memristori quantistici possono essere utilizzate per apprendere compiti classici e quantistici. Questo è ciò che ha portato il team a credere che il memristor quantistico sia ciò che serve per unire i campi dell'intelligenza artificiale e del calcolo quantistico. 

Michele Spagnolo è il primo autore della ricerca. 

"Sbloccare il pieno potenziale delle risorse quantistiche all'interno dell'intelligenza artificiale è una delle maggiori sfide dell'attuale ricerca in fisica quantistica e informatica", ha affermato Spagnolo.