La ciencia ha creado una neurona cuántica artificial gracias a los fotones

La inteligencia artificial se utiliza en diversas aplicaciones, como la interpretación del habla, el reconocimiento de imágenes y el diagnóstico médico. También se ha demostrado que con las tecnologías cuánticas es posible obtener una potencia computacional superior a la de los principales superordenadores. Algunos físicos del Consejo Nacional de Investigación (CNR), la Universidad Politécnica de Milán y la Universidad de Viena han desarrollado un dispositivo llamado memristor cuántico, que podría permitir la integración de la inteligencia artificial y la computación cuántica, abriendo posibilidades sin precedentes. El experimento se realizó con un procesador cuántico de fotón único integrado. La obra fue publicada en Nature Photonics fue la portada de nuestro número de abril de la revista

Los algoritmos de inteligencia artificial se basan en modelos matemáticos llamados redes neuronales, inspirados en la estructura biológica del cerebro humano, que está formada por nodos interconectados (neuronas). Así como en nuestro cerebro, el proceso de aprendizaje depende de reorganizar las conexiones entre las neuronas, las redes neuronales artificiales pueden ser “entrenadas” sobre un conjunto de datos conocidos que modifican su estructura interna, haciéndolas capaces de realizar tareas “humanas”, como el reconocimiento facial. e interpretar imágenes médicas para diagnosticar enfermedades e incluso conducir un automóvil. Por ello, se están realizando actividades de investigación académica e industrial con el objetivo de obtener dispositivos integrados y compactos capaces de realizar los cálculos necesarios para el funcionamiento de las redes neuronales de forma rápida y eficiente.

El punto de inflexión en este campo fue el descubrimiento de Una resistencia de memoria o memristor, un componente que cambia su resistencia eléctrica en función de la memoria de la corriente que fluye a través de él.. Los científicos se han dado cuenta de que este rendimiento es sorprendentemente similar al de las sinapsis, es decir, las conexiones entre las neuronas en el cerebro, y el memristor se ha convertido en un componente esencial en la construcción de estructuras neuronales, es decir, fue modelado como un modelo para nuestro cerebro.

Un grupo de físicos experimentales liderado por Roberto Ocilam, Director de Investigación deInstituto de Fotónica y Nanotecnología del Consejo Nacional de Investigaciones (Cnr-Ifn), y Philip Walter, Profesor de la Universidad de Vienaen colaboración con Andrea Crespi, profesora asociada de Politécnico de Milándemostrar que es posible Diseñar un dispositivo óptico con las mismas propiedades funcionales que un memristor, capaz de operar en los estados cuánticos de la luz y así codificar y transmitir información cuántica: la memoria cuántica.

«Hacer un dispositivo de este tipo no es trivial, porque la dinámica de los memristores tiende a comprometer algunos de los aspectos beneficiosos de los dispositivos cuánticos. Nuestros investigadores superaron este desafío utilizando fotones individuales (partículas de luz individuales) y explotando su capacidad cuántica para propagarse simultáneamente en dos o más caminos”. Ocilam explica. Estos fotones se impulsan en los llamados circuitos ópticos, que se sintetizan mediante pulsos láser en un chip de vidrio reconfigurable dinámicamente que puede admitir estados de superposición cuántica en diferentes caminos. Midiendo el flujo de fotones dispersados ​​a lo largo de uno de estos caminos, es posible, a través de un complejo sistema de retroalimentación electrónica, reconfigurar la transmisión del dispositivo en la otra salida, y esto permite obtener una función equivalente a la de un memristor.”

“También simulamos una red óptica completa compuesta de memoria cuántica: Andrea Crespi explica – demostrando que pueden usarse para aprender tareas tanto clásicas como cuánticas”. El descubrimiento reciente parece sugerir que la memoria cuántica puede ser el eslabón perdido entre la IA y la computación cuántica. mayores retos de la investigación actual, tanto en física cuántica como en informática.‘, concluye Michele Spagnolo, de la Universidad de Viena y primer autor de la publicación científica Recibió la portada de la edición de abril de Nature Photonics y un comentario sobre «Noticias y opiniones» en la misma edición.. Estos nuevos hallazgos representan un paso adelante hacia un futuro donde la IA cuántica será una realidad.