Фізики зробили прорив із новим квантовим пристроєм

Команда фізиків у Віденському університеті створила новий квантовий пристрій під назвою квантовий мемрістор, який може об’єднати світ штучного інтелекту (AI) та квантових технологій. Експеримент, який був проведений разом з Національною дослідницькою радою (CNR) та Політенеріко ді Мілано в Італії, був здійснений на інтегрованому квантовому процесорі, який працює з окремими фотонами.

Дослідження було опубліковано в журналі Nature Photonics.

Відкриття мемрістора

Застосування штучного інтелекту залежить від нейронних мереж, які надихаються біологічною структурою людського мозку, і вони математично тренуються до тих пір, поки не зможуть виконувати завдання людини, такі як розпізнавання облич, керування автомобілем або інтерпретація зображень. Одним з основних напрямків досліджень у цих областях, як в академії, так і в промисловості, є інтеграція пристроїв, які можуть виконувати обчислення швидко та ефективно.

У 2008 році відбувся великий стрибок вперед у цій галузі з відкриттям мемрістора, який є пристроєм, що змінює свій опір залежно від пам’яті про минулу потужність. Після відкриття мемрістора вчені дізналися, що поведінка мемрісторів була схожа на поведінку нейронних синапсів. Це призвело до того, що мемрістор став важливою частиною нейроморфної архітектури.

Інженерія квантового мемрістора

Група експериментальних фізиків під керівництвом професора Філіпа Вальтера та доктора Роберто Оселламе продемонструвала, як пристрій з такою ж поведінкою, як мемрістор, можна інженерно створити. Цей пристрій також діє на квантові стани та може кодувати та передавати квантову інформацію, що призвело до того, що його назвали «квантовим мемрістором». Це дуже важко створити такий пристрій, враховуючи динаміку мемрістора, яка часто суперечить типовій квантовій поведінці.

Команда спирається на окремі фотони та їхню здатність поширюватися одночасно у суперпозиції двох або більше шляхів. Це допомогло команді створити такий пристрій.

Вони провели експеримент, у якому окремі фотони поширювалися вздовж хвилеводів, записаних лазером на скляній підкладці. Ці окремі фотони були направлені на суперпозицію кількох шляхів, і один з цих шляхів використовувався для вимірювання потоку фотонів, що рухалися через пристрій. Кількість цих фотонів модулює передачу на іншому виході, що досягає бажаної поведінки, схожої на мемрістор.

Дослідники також змогли провести симуляції, які демонструють, що оптичні мережі з квантовими мемрісторами можна використовувати для вивчення класичних та квантових завдань. Це призвело команду до висновку, що квантовий мемрістор є тим, що потрібно для об’єднання областей штучного інтелекту та квантових обчислень.

Мішель Спаньоло є першим автором дослідження.

«Розблокування повного потенціалу квантових ресурсів у штучному інтелекті є одним з найбільших викликів сучасних досліджень у квантовій фізиці та інформатиці», — сказав Спаньоло.