Физики сделали прорыв с новым квантовым устройством

Команда физиков из Университета Вены создала новое квантовое устройство, называемое квантовым мемристором, которое может объединить миры искусственного интеллекта (ИИ) и квантовых технологий. Эксперимент, проведенный совместно с Национальным исследовательским советом (CNR) и Политехническим университетом Милана в Италии, был осуществлен на интегрированном квантовом процессоре, работающем с единичными фотонами.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Photonics.

Открытие мемристоров

Применения искусственного интеллекта полагаются на нейронные сети, вдохновленные биологической структурой человеческого мозга, и они математически обучаются до тех пор, пока не смогут выполнять задачи, такие как распознавание лиц, вождение или интерпретация изображений. Одним из основных направлений исследований в этих областях, как в академии, так и в промышленности, является интеграция устройств, которые могут выполнять вычисления быстро и эффективно.

В 2008 году произошел большой прорыв в этой области с открытием мемристоров, которые являются устройствами, меняющими свое сопротивление в зависимости от памяти прошлого тока. После открытия мемристоров ученые обнаружили, что поведение мемристоров было похоже на поведение нейронных синапсов. Это сделало мемристоры важной частью нейроморфных архитектур.

Разработка квантового мемристоров

Группа экспериментальных физиков под руководством профессора Филиппа Вальтера и доктора Роберто Оселламе продемонстрировала, как можно создать устройство с таким же поведением, как мемристор. Это устройство также действует на квантовых состояниях и может кодировать и передавать квантовую информацию, что привело к его названию “квантовый мемристор”. Очень сложно создать такое устройство, учитывая динамику мемристоров, которая часто противоречит типичному квантовому поведению.

Команда полагалась на единичные фотоны и их способность распространяться одновременно в суперпозиции двух или более путей. Это существенно помогло команде создать такое устройство.

Они провели эксперимент, в котором единичные фотоны распространялись вдоль волноводов, лазерно написанных на стеклянной подложке. Эти единичные фотоны направлялись на суперпозицию нескольких путей, и один из этих путей использовался для измерения потока фотонов, проходящих через устройство. Количество этих фотонов модулирует передачу на другом выходе, что достигает желаемого поведения, подобного мемристору.

Исследователи также смогли провести симуляции, демонстрирующие, что оптические сети с квантовыми мемристорами могут быть использованы для обучения классическим и квантовым задачам. Это привело команду к выводу, что квантовый мемристор является тем, что необходимо для объединения областей ИИ и квантовых вычислений.

Мишель Спаньоло является первым автором исследования.

“Раскрытие полного потенциала квантовых ресурсов в искусственном интеллекте является одним из величайших挑жов текущих исследований в квантовой физике и компьютерных науках”, – сказал Спаньоло.