Físicos fazem avanço com novo dispositivo quântico

Uma equipe de físicos da Universidade de Viena criou um novo dispositivo quântico chamado de memristor quântico, que pode combinar os mundos da inteligência artificial (IA) e da tecnologia quântica. O experimento, realizado em parceria com o Conselho Nacional de Pesquisa (CNR) e o Politecnico di Milano, na Itália, foi realizado em um processador quântico integrado que opera com fótons únicos.

A pesquisa foi publicada na revista Nature Photonics.

Descobrindo o Memristor

As aplicações de inteligência artificial dependem de redes neurais inspiradas na estrutura biológica do cérebro humano e são treinadas matematicamente até que possam realizar tarefas humanas, como reconhecimento facial, direção ou interpretação de imagens. Uma das principais áreas de pesquisa nesses campos, tanto na academia quanto na indústria, é a integração de dispositivos que possam realizar cálculos rapidamente e de forma eficiente.

Em 2008, houve um grande avanço nesse campo com a descoberta do memristor, que é um dispositivo que muda sua resistência dependendo da memória da corrente passada. Após a descoberta do memristor, os cientistas descobriram que o comportamento dos memristores era semelhante ao das sinapses neurais. Isso fez com que o memristor se tornasse uma parte importante das arquiteturas neuromórficas.

Engenharia do Memristor Quântico

O grupo de físicos experimentais foi liderado pelo Prof. Phillip Walther e pelo Dr. Roberto Osellame, e demonstrou como um dispositivo com o mesmo comportamento de um memristor poderia ser projetado. Esse dispositivo também atua em estados quânticos e pode codificar e transmitir informações quânticas, levando a ser chamado de “memristor quântico”. É extremamente difícil criar tal dispositivo, dado a dinâmica de um memristor, que frequentemente contradiz o comportamento quântico típico.

A equipe contou com fótons únicos e sua capacidade de se propagar simultaneamente em uma superposição de dois ou mais caminhos. Foi isso que dramaticamente ajudou a equipe a realizar tal dispositivo.

Eles realizaram um experimento onde fótons únicos foram propagados ao longo de guias de onda laser escritos em um substrato de vidro. Esses fótons únicos foram guiados em uma superposição de vários caminhos, e um desses caminhos foi usado para medir o fluxo de fótons que se moviam pelo dispositivo. A quantidade desses fótons modula a transmissão na outra saída, o que alcança o comportamento desejado, semelhante ao de um memristor.

Os pesquisadores também foram capazes de realizar simulações demonstrando que redes ópticas com memristores quânticos podem ser usadas para aprender tarefas clássicas e quânticas. Foi isso que levou a equipe a acreditar que o memristor quântico é o que é necessário para combinar os campos da IA e da computação quântica.

Michele Spagnolo é o primeiro autor da pesquisa.

“Desbloquear o potencial total dos recursos quânticos dentro da inteligência artificial é um dos maiores desafios da pesquisa atual em física quântica e ciência da computação”, disse Spagnolo.