Scoperto il quantum memristor, più potente di tutti i supercalcolatori

Un passo verso l’intelligenza artificiale quantistica, per raggiungere l’orizzonte di un potere di calcolo superiore a quello dei maggiori supercalcolatori. E’ il risultato di una ricerca cui hanno lavorato i fisici del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr), del Politecnico di Milano e dell’Università di Vienna. Messo a punto un dispositivo, il quantum memristor, che potrebbe permettere di combinare l’intelligenza artificiale e il calcolo quantistico, schiudendo potenzialità senza precedenti.

Questo esperimento è stato realizzato in un processore quantistico integrato, funzionante con singoli fotoni. Il lavoro è ora stato pubblicato su Nature Photonics.

Gli algoritmi di intelligenza artificiale si basano su modelli matematici chiamati reti neurali, ispirati alla struttura biologica del cervello umano, che si compone di nodi interconnessi (i neuroni). Così come nel nostro cervello il processo di apprendimento è basato sul riarrangiamento delle connessioni tra i neuroni, le reti neurali artificiali possono essere “allenate” su un insieme di dati noti che ne modificano la struttura interna, rendendola capace di svolgere compiti “umani”. Come, ad esempio, il riconoscimento di un volto, l’interpretazione di immagini mediche per diagnosticare malattie e persino la guida di un’automobile.

Su questo, sono in corso attività di ricerca, a livello accademico e industriale, indirizzate a ottenere dispositivi integrati e compatti capaci di svolgere le operazioni matematiche richieste per il funzionamento delle reti neurali in modo rapido ed efficiente.

Un punto di svolta in questo campo è stata la scoperta del memory-resistor o memristor, un componente che cambia la sua resistenza elettrica sulla base di una memoria della corrente che l’ha attraversato. Gli scienziati si sono accorti che tale funzionamento è sorprendentemente simile a quello delle sinapsi neurali, cioè i collegamenti tra i neuroni nel cervello, e il memristor è diventato un componente fondamentale con cui costruire architetture neuromorfe, cioè forgiate a modello del nostro cervello.

Lo studio ha dimostrato che è possibile ingegnerizzare un dispositivo ottico con le stesse caratteristiche funzionali del memristor. Cioè capace di operare su stati quantistici della luce e così codificare e trasmettere informazioni quantistiche: un quantum memristor.

“Realizzare un tale dispositivo non è banale – spiega uno dei fisici impegnati nella ricerca – , poiché le dinamiche del memristor tenderebbero a compromettere alcuni aspetti vantaggiosi dei dispositivi quantistici. I nostri ricercatori hanno superato questa sfida impiegando singoli fotoni (singole particelle di luce) e sfruttando la loro possibilità quantistica di propagarsi simultaneamente in due o più percorsi. Questi fotoni sono condotti in cosiddetti circuiti ottici, fabbricati mediante impulsi laser in un chip di vetro, dinamicamente riconfigurabili, che possono supportare stati quantistici di sovrapposizione su diversi percorsi. Misurando il flusso di fotoni che si propaga su uno di questi percorsi è possibile, tramite un complesso schema di feedback elettronico, riconfigurare la trasmissione del dispositivo sull’altra uscita, e questo consente di ottenere una funzionalità equivalente a quella del memristor”.

Simulata interamente, la rete ottica composta di quantum memristor potrà essere impiegata per apprendere compiti sia classici che quantistic. Insomma, il collegamento mancante tra l’intelligenza artificiale e la computazione quantistica.  Una sfida della ricerca attuale, sia nella fisica quantistica che nell’informatica. Per arrivare alla realtà della intelligenza artificiale quantistica.

Un passo verso l’intelligenza artificiale quantistica, per raggiungere l’orizzonte di un potere di calcolo superiore a quello dei maggiori supercalcolatori. E’ il risultato di una ricerca cui hanno lavorato i fisici del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr), del Politecnico di Milano e dell’Università di Vienna. Messo a punto un dispositivo, il quantum memristor, che potrebbe permettere di combinare l’intelligenza artificiale e il calcolo quantistico, schiudendo potenzialità senza precedenti.

Questo esperimento è stato realizzato in un processore quantistico integrato, funzionante con singoli fotoni. Il lavoro è ora stato pubblicato su Nature Photonics.

Gli algoritmi di intelligenza artificiale si basano su modelli matematici chiamati reti neurali, ispirati alla struttura biologica del cervello umano, che si compone di nodi interconnessi (i neuroni). Così come nel nostro cervello il processo di apprendimento è basato sul riarrangiamento delle connessioni tra i neuroni, le reti neurali artificiali possono essere “allenate” su un insieme di dati noti che ne modificano la struttura interna, rendendola capace di svolgere compiti “umani”. Come, ad esempio, il riconoscimento di un volto, l’interpretazione di immagini mediche per diagnosticare malattie e persino la guida di un’automobile.

Su questo, sono in corso attività di ricerca, a livello accademico e industriale, indirizzate a ottenere dispositivi integrati e compatti capaci di svolgere le operazioni matematiche richieste per il funzionamento delle reti neurali in modo rapido ed efficiente.

Un punto di svolta in questo campo è stata la scoperta del memory-resistor o memristor, un componente che cambia la sua resistenza elettrica sulla base di una memoria della corrente che l’ha attraversato. Gli scienziati si sono accorti che tale funzionamento è sorprendentemente simile a quello delle sinapsi neurali, cioè i collegamenti tra i neuroni nel cervello, e il memristor è diventato un componente fondamentale con cui costruire architetture neuromorfe, cioè forgiate a modello del nostro cervello.

Lo studio ha dimostrato che è possibile ingegnerizzare un dispositivo ottico con le stesse caratteristiche funzionali del memristor. Cioè capace di operare su stati quantistici della luce e così codificare e trasmettere informazioni quantistiche: un quantum memristor.

“Realizzare un tale dispositivo non è banale – spiega uno dei fisici impegnati nella ricerca – , poiché le dinamiche del memristor tenderebbero a compromettere alcuni aspetti vantaggiosi dei dispositivi quantistici. I nostri ricercatori hanno superato questa sfida impiegando singoli fotoni (singole particelle di luce) e sfruttando la loro possibilità quantistica di propagarsi simultaneamente in due o più percorsi. Questi fotoni sono condotti in cosiddetti circuiti ottici, fabbricati mediante impulsi laser in un chip di vetro, dinamicamente riconfigurabili, che possono supportare stati quantistici di sovrapposizione su diversi percorsi. Misurando il flusso di fotoni che si propaga su uno di questi percorsi è possibile, tramite un complesso schema di feedback elettronico, riconfigurare la trasmissione del dispositivo sull’altra uscita, e questo consente di ottenere una funzionalità equivalente a quella del memristor”.

Simulata interamente, la rete ottica composta di quantum memristor potrà essere impiegata per apprendere compiti sia classici che quantistic. Insomma, il collegamento mancante tra l’intelligenza artificiale e la computazione quantistica.  Una sfida della ricerca attuale, sia nella fisica quantistica che nell’informatica. Per arrivare alla realtà della intelligenza artificiale quantistica.

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