Fizikçiler Yeni Kuantum Cihazı ile Kırılma Noktasına Ulaştı

Vienna Üniversitesi’ndeki fizikçilerden oluşan bir ekip, yapay zeka (AI) ve kuantum teknolojisi dünyalarını birleştirebilecek bir kuantum memristor adı verilen yeni bir kuantum cihazı yarattı. İtalya’daki Ulusal Araştırma Konseyi (CNR) ve Politecnico di Milano ile birlikte yürütülen deney, tek fotonlar üzerinde çalışan entegre bir kuantum işlemci üzerinde gerçekleştirildi.

Araştırma, Nature Photonics dergisinde yayımlandı.

Memristor’un Keşfi

Yapay zeka uygulamaları, insan beyninin biyolojik yapısından esinlenen sinir ağlarına dayanır ve yüz tanıma, sürme veya görüntü yorumlama gibi insan görevlerini gerçekleştirebilmeleri için matematiksel olarak eğitilirler. Bu alanlarda, hem akademide hem endüstride büyük bir araştırma odağı, hesaplamaları hızlı ve verimli bir şekilde gerçekleştirebilecek cihazların entegrasyonudur.

2008 yılında, memristorun keşfi ile bu alanda büyük bir ilerleme kaydedildi. Memristor, geçmiş akımının bir hatırasına bağlı olarak direncini değiştiren bir cihazdır. Memristorun keşfinden sonra, bilim adamları memristorların davranışının sinir sinapslarına benzer olduğunu öğrendiler. Bu, memristorun nöromorfik mimarilerin önemli bir parçası haline gelmesine neden oldu.

Kuantum Memristor’un Mühendisliği

Deneysel fizikçiler ekibinin lideri Prof. Phillip Walther ve Dr. Roberto Osellame, bir memristorun aynı davranışını gösteren bir cihazın nasıl mühendislik edildiğini gösterdi. Bu cihaz ayrıca kuantum durumlarına etki eder ve kuantum bilgisi kodlayıp iletebilir, bu nedenle “kuantum memristor” olarak adlandırılır. Bir memristorun dinamiği genellikle tipik kuantum davranışıyla çeliştiğinden, böyle bir cihazı oluşturmak son derece zordur.

Ekibin bu cihazı gerçekleştirmesinde, tek fotonlar ve iki veya daha fazla yol boyunca aynı anda ilerleme yetenekleri büyük ölçüde yardımcı oldu.

Ekibin, tek fotonların cam bir substrat üzerine lazer yazılmış waveguide’ler boyunca ilerletildiği bir deney gerçekleştirdi. Bu tek fotonlar, birkaç yolun süperpozisyonunda yönlendirildi ve bu yollardan biri, cihazdan geçen foton akışını ölçmek için kullanıldı. Bu fotonların miktarı, diğer çıkıştaki iletimi modüle eder, bu da memristora benzer istenilen davranışı gerçekleştirir.

Araştırmacılar, ayrıca kuantum memristorlarla optik ağların klasik ve kuantum görevlerini öğrenmek için kullanılabileceğini gösteren simülasyonlar gerçekleştirdiler. Bu, ekibi kuantum memristorun, yapay zeka ve kuantum hesaplama alanlarını birleştirmek için gereken şey olduğuna inanmaya yöneltti.

Michele Spagnolo, araştırmanın ilk yazarı.

“Yapay zekanın içinde kuantum kaynaklarının tam potansiyelini açığa çıkarmak, kuantum fiziği ve bilgisayar bilimindeki güncel araştırmaların en büyük zorluklarından biridir” dedi Spagnolo.