A ciência criou um neurônio quântico artificial graças aos fótons

A inteligência artificial é usada em várias aplicações, como interpretação de fala, reconhecimento de imagem e diagnóstico médico. Também foi demonstrado que com tecnologias quânticas é possível obter um poder computacional maior do que o dos principais supercomputadores. Alguns físicos do Conselho Nacional de Pesquisa (CNR), da Universidade Politécnica de Milão e da Universidade de Viena desenvolveram um dispositivo chamado memristor quântico, que poderia permitir a integração de inteligência artificial e computação quântica, abrindo possibilidades sem precedentes. O experimento foi conduzido com um processador quântico de fóton único integrado. A obra foi publicada em Nature Photonics foi capa da nossa edição de abril da revista

Os algoritmos de inteligência artificial são baseados em modelos matemáticos chamados de redes neurais, inspirados na estrutura biológica do cérebro humano, que é formado por nós interconectados (neurônios). Assim como em nosso cérebro, o processo de aprendizagem depende de rearranjar as conexões entre os neurônios, as redes neurais artificiais podem ser “treinadas” em um conjunto de dados conhecidos que modificam sua estrutura interna, tornando-as capazes de realizar tarefas “humanas” como reconhecimento facial e interpretar imagens médicas para diagnosticar doenças e até mesmo dirigir um carro. Por isso, estão sendo desenvolvidas atividades de pesquisa em nível acadêmico e industrial com o objetivo de obter dispositivos integrados e compactos capazes de realizar os cálculos necessários para a operação de redes neurais de forma rápida e eficiente.

O ponto de virada neste campo foi a descoberta de Um resistor de memória ou memristor, um componente que altera sua resistência elétrica com base na memória da corrente que passa por ele. Os cientistas perceberam que esse desempenho é surpreendentemente semelhante ao das sinapses, ou seja, as conexões entre os neurônios no cérebro, e o memristor tornou-se um componente essencial da construção de estruturas neurais, ou seja, foi modelado como um modelo para o nosso cérebro .

Um grupo de físicos experimentais liderados por Roberto Ocilam, Diretor de Pesquisa daInstituto de Fotônica e Nanotecnologia do Conselho Nacional de Pesquisa (Cnr-Ifn), e Philip Walter, Professor da Universidade de Vienaem colaboração com Andrea Crespi, Professora Associada da Politécnico de MilãoMostre que é possível Para projetar um dispositivo óptico com as mesmas propriedades funcionais de um memristor, capaz de operar nos estados quânticos da luz e, assim, codificar e transmitir informações quânticas: memória quântica.

“Fazer tal dispositivo não é trivial, porque a dinâmica do memristor tende a comprometer alguns dos aspectos benéficos dos dispositivos quânticos. Nossos pesquisadores superaram esse desafio usando fótons únicos (partículas únicas de luz) e explorando sua capacidade quântica de se propagar simultaneamente em dois ou mais caminhos”. Ocilam explica. Esses fótons são conduzidos nos chamados circuitos ópticos, que são sintetizados por pulsos de laser em um chip de vidro, reconfigurável dinamicamente, que pode suportar estados de superposição quântica em diferentes caminhos. Ao medir o fluxo de fótons espalhados por um desses caminhos, é possível, por meio de um complexo sistema eletrônico de realimentação, reconfigurar a transmissão do dispositivo na outra saída, e isso permite obter uma função equivalente à de um memristor.”

“Nós também simulamos uma rede óptica inteira composta de memória quântica – Andrea Crespi explica – mostrando que eles podem ser usados ​​para aprender tarefas clássicas e quânticas.” A descoberta recente parece sugerir que a memória quântica pode ser o elo perdido entre a IA e a computação quântica. maiores desafios da pesquisa atual, tanto na física quântica quanto na ciência da computação.‘, conclui Michele Spagnolo, da Universidade de Viena e primeiro autor da publicação científica Ele recebeu a capa da edição de abril da Nature Photonics e um comentário em “News & Views” na mesma edição. Essas novas descobertas representam um passo à frente em direção a um futuro em que a IA quântica será uma realidade.