Nos últimos anos, a inteligência artificial tornou-se onipresente, com aplicações como interpretação de fala, reconhecimento de imagem, diagnóstico médico e muito mais. Ao mesmo tempo, a tecnologia quântica provou ser capaz de poder computacional muito além do alcance até mesmo do maior supercomputador do mundo. Físicos da Universidade de Viena demonstraram agora um novo dispositivo, chamado memristor quântico, que pode nos permitir combinar esses dois mundos, desbloqueando recursos sem precedentes. O experimento, realizado em colaboração com o Conselho Nacional de Pesquisa (CNR) e o Politecnico di Milano na Itália, foi realizado em um processador quântico integrado operando em fótons únicos. O trabalho está publicado na edição atual da revista Nature Photonics .
No centro de todas as aplicações de inteligência artificial estão os modelos matemáticos chamados redes neurais. Esses modelos são inspirados na estrutura biológica do cérebro humano, formado por nós interconectados. Assim como nosso cérebro aprende reorganizando constantemente as conexões entre os neurônios, as redes neurais podem ser matematicamente treinadas ajustando sua estrutura interna até se tornarem capazes de tarefas de nível humano:reconhecer nosso rosto, interpretar imagens médicas para diagnósticos, até mesmo dirigir nossos carros. Ter dispositivos integrados capazes de realizar as computações envolvidas em redes neurais de forma rápida e eficiente tornou-se assim um grande foco de pesquisa, tanto acadêmica quanto industrial.

Uma das principais mudanças no jogo no campo foi a descoberta do memristor, feito em 2008. Este dispositivo muda sua resistência dependendo de uma memória da corrente passada, daí o nome memory-resistor, ou memristor. Imediatamente após sua descoberta, os cientistas perceberam que (entre muitas outras aplicações) o comportamento peculiar dos memristores era surpreendentemente semelhante ao das sinapses neurais. O memristor tornou-se assim um bloco de construção fundamental das arquiteturas neuromórficas.

Um grupo de físicos experimentais da Universidade de Viena, do Conselho Nacional de Pesquisa (CNR) e do Politecnico di Milano, liderados pelo Prof. Philip Walther e Dr. Roberto Osellame, demonstraram agora que é possível projetar um dispositivo que tem a mesmo comportamento de um memristor, enquanto atua em estados quânticos e é capaz de codificar e transmitir informações quânticas. Em outras palavras, um memristor quântico. Realizar tal dispositivo é um desafio porque a dinâmica de um memristor tende a contradizer o comportamento quântico típico.

Usando fótons únicos (ou seja, partículas quânticas únicas de luzes) e explorando sua capacidade única de se propagar simultaneamente em uma superposição de dois ou mais caminhos, os físicos superaram o desafio. Em seu experimento, fótons únicos se propagam ao longo de guias de onda escritos a laser em um substrato de vidro e são guiados em uma superposição de vários caminhos. Um desses caminhos é usado para medir o fluxo de fótons que passam pelo dispositivo, e essa quantidade – por meio de um complexo esquema de realimentação eletrônica – modula a transmissão na outra saída, alcançando assim o comportamento memristivo desejado.

Além de demonstrar o memristor quântico, os pesquisadores forneceram simulações mostrando que as redes ópticas com o memristor quântico podem ser usadas para aprender tarefas clássicas e quânticas, sugerindo o fato de que o memristor quântico pode ser o elo perdido entre a inteligência artificial e a computação quântica. .

"Desbloquear todo o potencial dos recursos quânticos dentro da inteligência artificial é um dos maiores desafios da pesquisa atual em física quântica e ciência da computação", diz Michele Spagnolo, primeiro autor da publicação na revista Nature Photonics

eu> . O grupo de Philip Walther, da Universidade de Viena, também demonstrou recentemente que os robôs podem aprender mais rápido ao usar recursos quânticos e emprestar esquemas de computação quântica. Esta nova conquista representa mais um passo em direção a um futuro onde a inteligência artificial quântica se torna realidade. + Explorar mais

Acelerando a inteligência artificial