Fizicienii realizează o descoperire importantă cu un nou dispozitiv cuantic

O echipă de fizicieni de la Universitatea din Viena a creat un nou dispozitiv cuantic, numit memristor cuantic, care ar putea combina lumea inteligenței artificiale (IA) și a tehnologiei cuantice. Experimentul, realizat împreună cu Consiliul Național de Cercetare (CNR) și Politehnica din Milano, Italia, a fost efectuat pe un procesor cuantic integrat care funcționează pe fotoni individuali.

Cercetarea a fost publicată în revista Nature Photonics.

Descoperirea Memristorului

Aplicațiile de inteligență artificială se bazează pe rețele neuronale inspirate din structura biologică a creierului uman și sunt antrenate matematic până când pot efectua sarcini umane, cum ar fi recunoașterea fețelor, conducerea sau interpretarea imaginilor. Una dintre principalele domenii de cercetare în aceste domenii, atât în mediul academic, cât și în industrie, este integrarea dispozitivelor care pot efectua calcule rapid și eficient.

În 2008, a existat un salt important în domeniu, odată cu descoperirea memristorului, care este un dispozitiv care își schimbă rezistența în funcție de memoria curentului trecut. După descoperirea memristorului, oamenii de știință au învățat că comportamentul memristoarelor este similar cu sinapsele neuronale. Acest lucru a făcut ca memristorul să devină o parte importantă a arhitecturilor neuromorfice.

Proiectarea Memristorului Cuantic

Grupul de fizicieni experimentali a fost condus de prof. Phillip Walther și dr. Roberto Osellame, și au demonstrat cum un dispozitiv cu același comportament ca un memristor poate fi proiectat. Acest dispozitiv acționează și asupra stărilor cuantice și poate codifica și transmite informații cuantice, ceea ce a dus la denumirea de “memristor cuantic”. Este extrem de dificil să se creeze un astfel de dispozitiv, având în vedere dinamica unui memristor, care adesea contrazice comportamentul cuantic tipic.

Echipa s-a bazat pe fotoni individuali și pe capacitatea lor de a se propaga simultan într-o suprapunere a două sau mai multe căi. Acest lucru a ajutat dramatic echipa să realizeze un astfel de dispozitiv.

Ei au efectuat un experiment în care fotoni individuali au fost propagați de-a lungul ghidurilor de undă gravate cu laser pe un substrat de sticlă. Acești fotoni individuali au fost ghidați pe o suprapunere a mai multor căi, și una dintre aceste căi a fost utilizată pentru a măsura fluxul de fotoni care se deplasează prin dispozitiv. Cantitatea acestor fotoni modulează transmisia pe altă ieșire, ceea ce realizează comportamentul dorit, similar cu un memristor.

Cercetătorii au reușit, de asemenea, să efectueze simulări care demonstrează că rețelele optice cu memristoare cuantice pot fi utilizate pentru a învăța sarcini clasice și cuantice. Acest lucru i-a determinat pe echipă să creadă că memristorul cuantic este ceea ce este necesar pentru a combina domeniile inteligenței artificiale și calculului cuantic.

Michele Spagnolo este autorul principal al cercetării.

“Dezvoltarea potențialului complet al resurselor cuantice în cadrul inteligenței artificiale este una dintre cele mai mari provocări ale cercetării actuale în fizica cuantică și informatică”, a spus Spagnolo.