Физики совершают прорыв с новым квантовым устройством

Группа физиков из Венского университета создала новое квантовое устройство под названием квантовый мемристор, которое могло бы объединить миры искусственного интеллекта (ИИ) и квантовых технологий. Эксперимент, который проводился совместно с Национальным исследовательским советом (CNR) и Миланским политехническим университетом в Италии, был реализован на интегрированном квантовом процессоре, работающем на одиночных фотонах. 

Исследование было опубликовано в журнале Nature Photonics. 

Открытие мемристора

Приложения искусственного интеллекта полагаются на нейронные сети, вдохновленные биологической структурой человеческого мозга, и проходят математическую подготовку до тех пор, пока не смогут выполнять человеческие задачи, такие как распознавание лиц, вождение автомобиля или интерпретация изображений. Одним из основных направлений исследований в этих областях, как в научных кругах, так и в промышленности, является интеграция устройств, которые могут выполнять вычисления быстро и эффективно. 

Еще в 2008 году в этой области произошел большой скачок вперед с открытием мемристора — устройства, которое меняет свое сопротивление в зависимости от памяти о прошлом токе. После открытия мемристора ученые узнали, что поведение мемристоров похоже на нейронные синапсы. Это привело к тому, что мемристоры стали важной частью нейроморфных архитектур. 

Разработка квантового мемристора

Группу физиков-экспериментаторов возглавляли профессор Филипп Вальтер и доктор Роберто Оселламе, и они продемонстрировали, как можно создать устройство с таким же поведением, как мемристор. Это устройство также воздействует на квантовые состояния и может кодировать и передавать квантовую информацию, поэтому его называют «квантовым мемристором». Создать такое устройство крайне сложно, учитывая динамику мемристора, которая часто противоречит типичному квантовому поведению. 

Команда полагалась на отдельные фотоны и их способность распространяться одновременно в суперпозиции двух или более путей. Именно это кардинально помогло команде реализовать такое устройство. 

Они провели эксперимент, в котором одиночные фотоны распространялись по волноводам, написанным лазером на стеклянной подложке. Эти одиночные фотоны направлялись по суперпозиции нескольких путей, и один из этих путей использовался для измерения потока фотонов, проходящих через устройство. Количество этих фотонов модулирует передачу на другом выходе, что обеспечивает желаемое поведение, подобное мемристору. 

Исследователи также смогли провести моделирование, демонстрирующее, что оптические сети с квантовыми мемристорами можно использовать для изучения классических и квантовых задач. Именно это привело команду к мысли, что квантовый мемристор — это то, что необходимо для объединения областей ИИ и квантовых вычислений. 

Микеле Спаньоло — первый автор исследования. 

«Раскрытие полного потенциала квантовых ресурсов в рамках искусственного интеллекта — одна из самых больших задач текущих исследований в области квантовой физики и информатики», — сказал Спаньоло.