Các nhà vật lý tạo ra bước đột phá với thiết bị lượng tử mới

Một nhóm các nhà vật lý tại Đại học Vienna đã tạo ra một thiết bị lượng tử mới gọi là memristor lượng tử, có thể kết hợp thế giới của trí tuệ nhân tạo (AI) và công nghệ lượng tử. Thí nghiệm được thực hiện cùng với Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia (CNR) và Politecnico di Milano ở Ý, được thực hiện trên một bộ xử lý lượng tử tích hợp hoạt động trên các photon đơn lẻ. 

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Thiên nhiên Photonics. 

Khám phá Memristor

Các ứng dụng trí tuệ nhân tạo dựa trên các mạng thần kinh lấy cảm hứng từ cấu trúc sinh học của bộ não con người và chúng được đào tạo toán học cho đến khi có thể thực hiện các nhiệm vụ của con người như nhận dạng khuôn mặt, lái xe hoặc diễn giải hình ảnh. Một trong những lĩnh vực trọng tâm nghiên cứu chính trong các lĩnh vực này, cả trong học thuật và công nghiệp, là tích hợp các thiết bị có thể thực hiện tính toán nhanh chóng và hiệu quả. 

Trở lại năm 2008, đã có một bước tiến lớn trong lĩnh vực này với việc phát hiện ra memristor, một thiết bị thay đổi điện trở của nó tùy thuộc vào ký ức về dòng điện trong quá khứ. Sau khi phát hiện ra memristor, các nhà khoa học biết được rằng hành vi của memristor tương tự như các khớp thần kinh. Điều này đã khiến memristor trở thành một phần chính của kiến ​​trúc thần kinh. 

Kỹ thuật Memristor lượng tử

Nhóm các nhà vật lý thực nghiệm do Giáo sư Phillip Walther và Tiến sĩ Roberto Osellame dẫn đầu, và họ đã chứng minh cách chế tạo một thiết bị có hành vi tương tự như một memristor. Thiết bị này cũng hoạt động trên các trạng thái lượng tử và có thể mã hóa cũng như truyền thông tin lượng tử, dẫn đến việc nó được gọi là “máy ghi nhớ lượng tử”. Việc tạo ra một thiết bị như vậy là vô cùng khó khăn do động lực học của một memristor thường mâu thuẫn với hành vi lượng tử điển hình. 

Nhóm đã dựa vào các photon đơn lẻ và khả năng lan truyền đồng thời của chúng trong sự chồng chất của hai hoặc nhiều đường dẫn. Đây là điều đã giúp nhóm nghiên cứu nhận ra một thiết bị như vậy một cách đáng kể. 

Họ đã thực hiện một thí nghiệm trong đó các photon đơn lẻ được truyền dọc theo ống dẫn sóng được viết bằng tia laser trên đế thủy tinh. Những photon đơn lẻ này được dẫn hướng trên sự chồng chất của một số đường dẫn và một trong những đường dẫn này được sử dụng để đo dòng photon di chuyển qua thiết bị. Số lượng của các photon này điều chỉnh quá trình truyền trên đầu ra khác, giúp đạt được hành vi mong muốn tương tự như một memristor. 

Các nhà nghiên cứu cũng có thể thực hiện các mô phỏng chứng minh rằng các mạng quang học với các bộ nhớ lượng tử có thể được sử dụng để tìm hiểu các nhiệm vụ cổ điển và lượng tử. Đây là điều khiến nhóm nghiên cứu tin rằng memristor lượng tử là thứ cần thiết để hợp nhất các lĩnh vực AI và điện toán lượng tử. 

Michele Spagnolo là tác giả đầu tiên của nghiên cứu. 

Spagnolo cho biết: “Mở khóa toàn bộ tiềm năng của tài nguyên lượng tử trong trí tuệ nhân tạo là một trong những thách thức lớn nhất của nghiên cứu hiện tại về vật lý lượng tử và khoa học máy tính.