Các nhà vật lý đạt được 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, đã được thực hiện trên một bộ xử lý lượng tử tích hợp hoạt động trên các photon đơn.

Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Photonics.

Khám phá Memristor

Các ứng dụng trí tuệ nhân tạo dựa trên mạng nơ-ron được lấy cảm hứng từ cấu trúc sinh học của não bộ con người, và chúng được đào tạo toán học cho đến khi chúng có thể thực hiện các nhiệm vụ của con người như nhận dạng khuôn mặt, lái xe, hoặc giải thích hình ảnh. Một trong những lĩnh vực 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.

Vào năm 2008, có một bước nhảy vĩ đại trong lĩnh vực này với việc khám phá ra memristor, là một thiết bị thay đổi điện trở của nó tùy thuộc vào bộ nhớ của dòng điện trong quá khứ. Sau khi khám phá ra memristor, các nhà khoa học đã học rằng hành vi của memristor tương tự như synap thần kinh. Điều này đã khiến memristor trở thành một phần quan trọng của kiến trúc giống như não.

Kỹ thuật Memristor Lượng tử

Nhóm các nhà vật lý thực nghiệm được dẫn đầu bởi Giáo sư Phillip Walther và Tiến sĩ Roberto Osellame, và họ đã chứng minh rằng một thiết bị có hành vi tương tự như memristor có thể được thiết kế. Thiết bị này cũng hoạt động trên các trạng thái lượng tử và có thể mã hóa và truyền tải thông tin lượng tử, dẫn đến nó được gọi là “memristor lượng tử”. Nó rất khó để tạo ra một thiết bị như vậy, vì động lực học của memristor thường mâu thuẫn với hành vi lượng tử điển hình.

Nhóm nghiên cứu đã dựa vào các photon đơn và khả năng truyền播 đồng thời trong một chồng các đường dẫn. Điều này đã giúp nhóm nghiên cứu thực hiện được thiết bị như vậy.

Họ đã thực hiện một thí nghiệm trong đó các photon đơn được truyền播 dọc theo các đường dẫn laser được viết trên một đế玻璃. Các photon đơn này được hướng dẫn trên một chồng các đường dẫn, và một trong các đường dẫn này được sử dụng để đo dòng photon di chuyển qua thiết bị. Số lượng các photon này điều chỉnh truyền tải trên đầu ra khác, đạt được hành vi mong muốn tương tự như memristor.

Các nhà nghiên cứu cũng đã thực hiện các mô phỏng chứng minh rằng các mạng quang học với memristor lượng tử có thể được sử dụng để học các nhiệm vụ cổ điển và lượng tử. Điều này đã khiến nhóm nghiên cứu tin rằng memristor lượng tử là gì cần thiết để kết hợp các lĩnh vực của AI và tính toán lượng tử.

Michele Spagnolo là tác giả đầu tiên của nghiên cứu.

“Mở khóa toàn bộ tiềm năng của các nguồn lượng tử trong trí tuệ nhân tạo là một trong những thách thức lớn nhất của nghiên cứu hiện tại trong vật lý lượng tử và khoa học máy tính,” Spagnolo nói.