Aquest “Quantum Memristor” podria habilitar ordinadors quàntics semblants al cervell


Els enfocaments quàntics i neuromòrfics tenen la promesa de reescriure fonamentalment la manera com fem la informàtica. I ara s’han fusionat després que els investigadors desenvolupin un “memristor quàntic” que podria formar la base de les xarxes neuronals quàntiques.

Mentre que la llei de Moore sembla que encara hi ha vidael limits de convencionals informàtica s’estan fent evidents i hi ha un interès creixent en tipus completament diferents de processament d’informació que podrien superar aquests obstacles.

Una possibilitat és la computació quàntica, que aprofita les propietats dels ordinadors quàntics per aconseguir acceleracions de computació exponencials en alguns problemes específics. Una altra opció és tornar a cablejar els nostres xips d’ordinador per replicar de manera més fidel la manera com funciona el nostre cervell, conegut com informàtica neuromòrfica.

Els dos enfocaments busquen millorar aspectes molt diferents de la informàtica convencional, i les sinergies entre ambdues no són evidents. Però això podria començar a canviar després de l’investigadors va demostrar el primer component neuromòrfic que pot processar informació quàntica.

El component en qüestió es coneix com a memristor, a nom això prové d’una combinació de memòria i resistència. Aquests dispositius alteren la seva resistència en funció de la quantitat de corrent que flueixed a través d’ells en el passat, essencialment emmagatzemant un record del seu estat anterior.

Aquesta capacitat ha cridat l’atenció dels enginyers neuromòrfics perquè imita el comportament de les sinapsis biològiques: les connexions entre neurones. al cervell-que canvien la força de les seves connexions en funció de la freqüència amb què disparin. Hi ha hagut una gran quantitat d’investigacions recents que intenten utilitzar memristors per construir ordinadors més semblants al cervell.

Ara, però, els físics de la Universitat de Viena han fet la idea un pas més enllà desenvolupant un component que mostra el mateix comportament mentre processa informació quàntica. El nou dispositiu es descriu a a article recent a Fotònica de la natura.

El seu anomenat “memristor quàntic” es construeix mitjançant la tecnologia fotònica integrada, que transporta fotons al voltant d’un xip de silici per processar la informació. Però mentre que els xips fotònics normalment només duen a terme càlculs clàssics, els investigadors dissenyened un que pot manipular els estats quàntics dels fotons que hi passen.

Per fer-ho explotened el principi quàntic de superposició: la idea que un sistema quàntic pot estar en una combinació de més d’un estat simultàniament. Ho fan proporcionant al fotó dos camins i fent que viatgi per tots dos al mateix temps.

Això forma la base d’un qubit, l’equivalent quàntic d’un bit, que es pot utilitzar per codificar informació. De la mateixa manera que un bit pot ser 0 o 1, el fotó pot estar al primer o al segon canal, o gràcies a les estranyes propietats de la mecànica quàntica, en una superposició dels dos.

L’investigadors’ La innovació principal, però, va ser acoblar aquest sistema amb circuits addicionals que, essencialment, comptaven el nombre de fotons que viatjaven per un dels camins i l’utilitzaven per ajustar la força del senyal per l’altre camí. El resultat és un dispositiu que pot processar informació quàntica i mostrar un comportament memristiu.

Per demostrar el potencial del seu memristor quàntic per a tasques pràctiques d’informàtica, després van crear un model informàtic del component i van simular què passaria si en unís un munt. Van crear una mena de xarxa neuronal basada en un principi anomenat informàtica de dipòsitsque bàsicament alimenta dades a una xarxa gran les connexions de la qual són fixes i després només entrena una única capa de lectura per interpretar la sortida d’aquest dipòsit.

Van demostrar que un sistema que consisteix només en 3 dels seus memristors quàntics van aprendre a classificar els dígits escrits a mà amb una precisió del 95 per cent després d’entrenar amb només 1.000 imatges. Els autors informened això aconsegueixen diversos esquemes clàssics de càlcul de jacimentsd pitjors precisions amb considerablement més recursos informàtics i dades.

L’equip també va demostrar que una xarxa dels seus dispositius podria aprendre a dur a terme tasques quàntiques més enllà de qualsevol dispositiu clàssic. Van entrenar el seu dispositiu per detectar si els sistemes quàntics estaven enredats amb un 98 per cent de precisió.

Figurant saber com fer ús d’un dispositiu que combina dos paradigmes informàtics tan diferents requerirà un treball considerable. Però les xarxes neuronals quàntiques podrien ser una nova eina poderosa post-llei de Moore era de la informàtica.

Crèdit d’imatge: Equinox Graphics, Universitat de Viena


Esteu buscant maneres d’avançar-vos al ritme del canvi? Repensar el que és possible. Uneix-te a una cohort exclusiva i altament seleccionada de 80 executius per al programa executiu (EP) emblemàtic de Singularity, un programa de transformació de lideratge totalment immersiu de cinc dies que altera les maneres de pensar existents. Descobriu una nova mentalitat, un conjunt d’eines i una xarxa de companys futuristes compromesos a trobar solucions al ritme ràpid del canvi al món. Feu clic aquí per obtenir més informació i sol·licitar-ho avui!