memristor quantistico: un’unità di aritmetica basata sulla memoria

L’informatica quantistica è emersa a passi da gigante negli ultimi anni. In effetti, una volta che le grandi aziende tecnologiche come IBM, Microsoft e Google hanno iniziato a mostrare interesse, hanno smesso di essere monitorate. Tuttavia, la ricerca continua sugli elementi di base del calcolo quantistico ed è, per me, più interessante delle conquiste ingegneristiche dei laboratori commerciali (che sono ancora assolutamente necessarie).

In linea con i miei interessi, un gruppo di ricercatori ha recentemente dimostrato il primo memristore quantistico. Questo potrebbe essere un passo cruciale per portare una sorta di rete neurale altamente efficiente nel regno dell’informatica quantistica senza un gran numero di connessioni quantistiche.

Memristori e addizione quantistica

Il concept del memristor risale agli anni ’70, ma è rimasto a lungo come un calzino sotto la lavatrice: dimenticato e da non perdere. L’idea di base è che la corrente che scorre attraverso il memristore dipende non solo dalla tensione applicata ai terminali ma anche dalla Data di tensione applicata. Le applicazioni fisiche dei memristori offrono grandi promesse per l’elaborazione a bassa potenza perché possono essere utilizzate per creare memoria ad alta efficienza energetica.

Un memristore quantistico, se visto alla luce delle informazioni quantistiche, è un po’ più complesso. Un qubit, che memorizza un singolo bit di informazioni quantistiche nel suo stato quantistico, non ha necessariamente un valore di bit ben definito. Invece di essere uno o uno zero razionale, un numero razionale può trovarsi in uno stato di sovrapposizione quantistica. Il valore di un qubit è noto solo quando lo misuriamo: la misurazione rivela sempre uno o uno zero. Il Probabilmente Ottenere uno logico (o zero) è governato dalle proprietà della sovrapposizione quantistica.

Il compito di un computer quantistico è modificare delicatamente queste probabilità attraverso interazioni con altri stati di sovrapposizione quantistica in modo che i risultati possano essere letti.

Ora, pensa a un memristor in questo schema. Il memristor deve modificare lo stato quantistico del qubit in base a il valore dei qubit precedenti. Questo significa due cose. In primo luogo, il memristor deve preservare le proprietà quantistiche del qubit (altrimenti non è possibile eseguire ulteriori operazioni). In secondo luogo, per determinare il suo stato interno, il memristor deve misurare i qubit, il che cancella le sue proprietà. In un certo senso, questo significa che non può esistere un perfetto memristor quantistico (per riferimento, ci sono due teorici che si risentono dell’idea di un memristor classico, quindi questa non è una nuova area).

dividere la differenza

Questa discrepanza non ha scoraggiato i ricercatori, sono stati comunque in grado di creare un memristore quantistico. Partiamo dall’essenza dell’idea. Immagina di avere uno specchio imperfetto. Se miri allo specchio con un singolo fotone di luce, il fotone verrà riflesso dallo specchio o trasmesso, con una probabilità che dipende dall’entità della riflessione dello specchio. Supponiamo di contare i fotoni inviati e di utilizzare questo numero per modificare il riflesso dello specchio. Questo crea effettivamente un memristor, ma non un memristor quantistico.

Per aggiungere una felicità quantitativa, dobbiamo modificare un po’ l’esperienza. Sostituiamo la sorgente luminosa con una che invia raggi contenenti un singolo fotone o nessun fotone (uno stato di sovrapposizione di un singolo fotone o zero). I raggi riflessi dallo specchio mantengono il loro stato di sovrapposizione e possono essere utilizzati per calcoli futuri, mentre i raggi inviati vengono misurati per modulare la riflessione dello specchio. Ora abbiamo una memoria quantistica completa: la probabilità di un futuro riflesso di qubit da parte dello specchio è modulata da Flusso Paese di Qubit.

Implementarlo in pratica è un po’ più complicato e i ricercatori hanno utilizzato proprietà dei fotoni diverse rispetto al solo numero di fotoni. Tuttavia, il comportamento (e il modello matematico) sono gli stessi e il memristore quantistico ha funzionato come previsto.

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