DigitalArtSpace

Международные исследователи выявили неожиданную взаимосвязь между принципами квантовой физики и теоретическими разработками в области искусственного интеллекта. Согласно исследованию, проведенному при участии Института нанотехнологий Национального исследовательского совета Италии, фотоны, используемые в оптических схемах, способны демонстрировать поведение, характерное для компонентов нейронных сетей. О результатах работы сообщается в журнале Physical Review Letters.

Исследователи установили, что идентичные фотоны, движущиеся по интегрированным фотонным цепям, самопроизвольно упорядочиваются, образуя структуру, схожую с сетью Хопфилда — фундаментальной математической моделью ассоциативной памяти, применяемой в теории функционирования мозга и искусственных нейронных сетях.

«Мы отказались от привычных электронных чипов в пользу квантовой интерференции — явления, при котором световые частицы перекрываются и взаимодействуют», — пояснил руководитель проекта Марко Леонетти (Marco Leonetti). Он отметил, что в подобной системе фотоны перестают быть лишь переносчиками информации и начинают функционировать как «нейроны памяти» .

Квантовая интерференция представляет собой явление, заключающееся в наложении и взаимном усилении или ослаблении волновых функций фотонов. Это свойство позволяет создавать в фотонном чипе стабильные схемы взаимодействия, благодаря которым система способна запоминать и восстанавливать информацию даже по неполным или искаженным сигналам, подобно тому, как это делает ассоциативная память в мозге.

Согласно результатам исследования, определена верхняя граница объема информации, доступного для хранения в подобной системе. Как поясняет первый автор работы, Дженнаро Дзянфардино (Gennaro Zanfardino) из Университета Саленто (University of Salento), «квантовая когерентность обеспечивает точное восстановление данных при небольшом объеме информации. Однако увеличение объема приводит к переходу в состояние хаоса, характеризующееся утратой способности системы к восстановлению».

Состояние, о котором идет речь, определяется термином «спиновое стекло» — это специфический вид физической системы с нерегулярной структурой, в которой взаимодействия между ее компонентами приобретают хаотический характер. В таком режиме память утрачивает свои свойства, и получение информации становится невозможным.

Как отметил один из авторов исследования, Лука Леуцци, полученные данные расширяют возможности применения фотонных технологий в области искусственного интеллекта. Такие устройства обладают потенциалом для обеспечения высокой скорости вычислений при существенно меньшем расходе энергии по сравнению с существующими дата-центрами.

Ценность данной разработки не ограничивается лишь применением в области искусственного интеллекта. Фotonная платформа предоставляет возможность моделирования сложных и хаотичных физических систем, исследование которых затруднено на стандартных вычислительных машинах. Данная область исследований связана с изучением спиновых стёкол, за что соавтор Джорджо Паризи (Giorgio Parisi) был удостоен Нобелевской премии по физике в 2021 году.

«Мы продемонстрировали, что закономерности, описывающие хаотичные процессы в классической физике, наблюдаются и в квантовых фотонных схемах», — заключает руководитель Cnr-Nanotec Фабрицио Иллюминати (Fabrizio Illuminati). Он отмечает, что «свет в подобных системах становится миниатюрной исследовательской лабораторией», предоставляющей возможность изучения процессов, определяющих структуру как природных, так и созданных человеком сетей — от биологических до климатических моделей.

В будущем эти исследования способны заложить фундамент для разработки энергоэффективных квантово-фотонных вычислительных систем, где хранение и обработка информации будут осуществляться непосредственно посредством физических свойств света.

Похожие статьи

Новый алгоритм Дарвина-Гёделя учит искусственный интеллект самостоятельно программировать.

В США производят эффективные процессоры: тайванские чипы TSMC возвращаются на родину для завершения производства.

В продаже — новая Lada Granta с увеличенным дорожным просветом

Новые модели Kia могут появиться на российском рынке.

Недорогой аналог Toyota Camry с пробегом более 2000 км завоевал популярность

Рамный внедорожник BAW 212 T01 с мощным двигателем: «Китайский УАЗ» с комфортом.