Kvanttimemristori ja neurolaskennan laajennus

Memristorin löytämisen myötä tiedemiehet ymmärsivät, että memristorien omalaatuinen käyttäytyminen oli yllättävän samanlaista kuin neurosynapsien. Memristorista on siten tullut neuromorfisten arkkitehtuurien perustavanlaatuinen rakennuspalikka.

Ryhmä kokeellisia fyysikoita Wienin yliopistosta, National Research Councilista (CNR) ja Politecnico di Milanosta professori Philip Waltherin ja tohtori Roberto Osellamen johdolla on nyt osoittanut, että on mahdollista suunnitella laite, jolla on sama käyttäytyminen kuin memristorilla, samalla kun se toimii kvanttitiloissa ja pystyy koodaamaan ja välittämään kvantti-informaatiota.

Toisin sanoen he ovat kehittäneet kvanttimemristorin. Tällaisen laitteen toteuttaminen on haastavaa, koska memristorin dynamiikalla on taipumus olla ristiriidassa tyypillisen kvanttikäyttäytymisen kanssa.

Käyttämällä yksittäisiä fotoneja ja hyödyntämällä niiden ainutlaatuista kykyä edetä samanaikaisesti kahden tai useamman polun superpositiossa, fyysikot ovat voineet ylittää haasteen. Heidän kokeessaan yksittäiset fotonit etenevät lasialustalle laserkirjoitettuja aaltoputkia pitkin ja ohjataan useiden polkujen superpositiossa.

Yhtä näistä reiteistä käytetään laitteen läpi kulkevien fotonien vuon mittaamiseen ja tämä määrä monimutkaisen elektronisen takaisinkytkentäjärjestelmän kautta moduloi lähetystä toisessa lähdössä saavuttaen näin halutun muistiresistiivisen käyttäytymisen. Kvanttimemristorin esittelyn lisäksi tutkijat ovat esittäneet simulaatioita, jotka osoittavat, että kvanttimemristorilla varustettuja optisia verkkoja voidaan käyttää sekä klassisten että kvanttitehtävien oppimiseen.

"Kvanttiresurssien täyden potentiaalin vapauttaminen tekoälyssä on yksi kvanttifysiikan ja tietojenkäsittelytieteen nykyisen tutkimuksen suurimmista haasteista", sanoo Michele Spagnolo, joka on julkaisun ensimmäinen kirjoittaja.

Wienin yliopiston Philip Waltherin ryhmä on myös äskettäin osoittanut, että robotit voivat oppia nopeammin käyttämällä kvanttiresursseja ja lainaamalla järjestelmiä kvanttilaskennasta. Tämä uusi saavutus on yksi askel kohti tulevaisuutta, jossa kvanttitekoälystä tulee todellisuutta.

Neuromorfinen laskenta on sovellettavissa ajateltua laajemmin osoittavat Sandian tutkijat.

Pienellä matematiikan lisäyksellä he ovat osoittaneet, että neuromorfiset tietokoneet voivat ratkaista monimutkaisempia ongelmia kuin vain tekoälyyn liittyvät ja voivat jopa saavuttaa paikan korkean suorituskyvyn tietojenkäsittelyn alalla.

Löydökset osoittavat, että neuromorfiset simulaatiot, joissa käytetään tilastollista menetelmää, jota kutsutaan satunnaisiksi kävelyiksi, voivat seurata luun ja pehmytkudoksen läpi kulkevia röntgensäteitä, väestön läpi kulkevia sairauksia, sosiaalisten verkostojen kautta kulkevaa tietoa ja rahoitusmarkkinoiden liikkeitä muun muassa, sanoi Sandian teoreettinen neurotieteilijä ja johtava tutkija James Bradley Aimone.

Optimaalisissa tapauksissa neuromorfiset tietokoneet ratkaisevat ongelmia nopeammin ja käyttävät vähemmän energiaa kuin perinteinen tietojenkäsittely, toteaa Aimone.

Aiheesta aiemmin:

Elektroniset neuronit ja synapsit yhteistoimintaan

Astrosyytit tekoälyn tehostajiksi

Aivomainen transistoripiiri