I fisici fanno una scoperta con un nuovo dispositivo quantistico

Un team di fisici dell’Università di Vienna ha creato un nuovo dispositivo quantistico chiamato memristore quantistico, che potrebbe combinare i mondi dell’intelligenza artificiale (AI) e della tecnologia quantistica. L’esperimento, che è stato condotto insieme al Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) e al 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.

Scoperta del Memristore

Le applicazioni di intelligenza artificiale si basano su reti neurali ispirate alla struttura biologica del cervello umano, e sono matematicamente addestrate fino a quando non possono eseguire compiti umani come il riconoscimento facciale, la guida o l’interpretazione di immagini. Una delle principali aree di ricerca in questi campi, sia nell’ambito accademico che industriale, è l’integrazione di dispositivi che possano eseguire calcoli rapidamente ed efficientemente.

Nel 2008, c’è stato un grande passo avanti in questo campo con la scoperta del memristore, che è un dispositivo che cambia la sua resistenza in base a una memoria della corrente passata. Dopo la scoperta del memristore, gli scienziati hanno scoperto che il comportamento dei memristori era simile a quello delle sinapsi neurali. Ciò ha portato il memristore a diventare una parte importante delle architetture neuromorfiche.

Ingegneria del Memristore Quantistico

Il gruppo di fisici sperimentali è stato guidato dal prof. Phillip Walther e dal dott. Roberto Osellame, e hanno dimostrato come un dispositivo con lo stesso comportamento di un memristore potesse essere progettato. Questo dispositivo agisce anche su stati quantistici e può codificare e trasmettere informazioni quantistiche, portando a essere definito come “memristore quantistico”. È estremamente difficile creare un tale dispositivo dato il comportamento di un memristore, che spesso contraddice il comportamento quantistico tipico.

Il team si è basato su singoli fotoni e sulla loro capacità di propagarsi contemporaneamente in una sovrapposizione di due o più percorsi. Ciò ha aiutato drasticamente il team a realizzare un tale dispositivo.

Hanno condotto un esperimento in cui singoli fotoni sono stati propagati lungo guide d’onda laser-scritte 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 attraversano il dispositivo. La quantità di questi fotoni modula la trasmissione sull’altro output, che raggiunge il comportamento desiderato simile a un memristore.

I ricercatori sono stati in grado di condurre anche simulazioni che dimostrano come le reti ottiche con memristori quantistici possano essere utilizzate per apprendere compiti classici e quantistici. Ciò ha portato il team a credere che il memristore quantistico sia ciò che è necessario per unire i campi dell’AI 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 più grandi sfide della ricerca attuale in fisica quantistica e informatica”, ha detto Spagnolo.