물리학자들, 새로운 양자 장치로 돌파구 달성

비엔나 대학교의 물리학자 팀은 인공 지능(AI)과 양자 기술의 세계를 결합할 수 있는 새로운 양자 장치인 양자 메미리스터를 만들었습니다. 이탈리아의 국립 연구위원회(CNR)와 밀라노 공과대학교와 함께 수행된 이 실험은 단일 광자를 사용하는 통합 양자 프로세서에서 수행되었습니다.

이 연구는 네이처 포토닉스 저널에 발표되었습니다.

메미리스터의 발견

인공 지능 응용 프로그램은 인간 뇌의 생물학적 구조에서 영감을 받은 신경망에 의존하며, 얼굴 인식, 운전, 이미지 해석과 같은 인간 작업을 수행할 때까지 수학적으로 훈련됩니다. 이러한 분야에서 학계와 산업계 모두의 주요 연구 관심 분야는 빠르고 효율적으로 계산을 수행할 수 있는 장치를 통합하는 것입니다.

2008년 메미리스터의 발견으로 이 분야에 큰 발전이 있었습니다. 메미리스터는 과거의 전류에 대한 기억에 따라 저항을 변경하는 장치입니다. 메미리스터의 발견 이후 과학자들은 메미리스터의 행동이 신경 시냅스와 유사하다는 것을 알게 되었습니다. 이것은 메미리스터가 신경 형태의 아키텍처의 주요 부분이 되었습니다.

양자 메미리스터의 개발

실험 물리학자 그룹은 필립 월터 교수와 로베르토 오셀라메 박사에 의해 이끌어졌으며, 메미리스터와 동일한 행동을 하는 장치를 개발하는 방법을 보여주었습니다. 이 장치는 또한 양자 상태에서 작동하며 양자 정보를 인코딩하고 전송할 수 있으므로 “양자 메미리스터”라고 불립니다. 메미리스터의 역학은 종종 전형적인 양자 행동과 모순되기 때문에 이러한 장치를 만들기는 매우 어렵습니다.

팀은 단일 광자와 그들이 두 개 이상의 경로에서 동시에 전파할 수 있는 능력을 이용했습니다. 이것이 팀이 이러한 장치를 실현하는 데 크게 도움이 되었습니다.

그들은 단일 광자를 유리 기판에 레이저로 작성된 파장 가이드에 따라 전파시킨 실험을 수행했습니다. 이러한 단일 광子は 여러 경로의 중첩에서 전파되었으며, 이러한 경로 중 하나는 장치를 통해 이동하는 광子の 유량을 측정하는 데 사용되었습니다. 이러한 광자의 양은 다른 출력의 전송을 조절하여 메미리스터와 유사한 원하는 행동을 달성합니다.

연구자들은 또한 양자 메미리스터를 사용하는 광학 네트워크가 고전적인 작업과 양자 작업을 학습할 수 있음을 보여주는 시뮬레이션을 수행할 수 있었습니다. 이것이 팀이 양자 메미리스터가 인공 지능과 양자 컴퓨팅의 분야를 결합하는 데 필요한 것이라고 믿게 만든 것입니다.

미셸 스파냐оло는 이 연구의 첫 저자입니다.

“인공 지능 내에서 양자 자원의 전체 잠재력을 해방하는 것은 현재 양자 물리학 및 컴퓨터 과학 연구의 가장 큰 도전 중 하나입니다.” 스파냐оло는 말했습니다.