Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν την Τεχνητή Νοημοσύνη για να ανακαλύψουν μια ευκολότερη μέθοδο για τη δημιουργία κβαντικής εμπλοκής μεταξύ υποατομικών σωματιδίων, ανοίγοντας τον δρόμο για πιο απλές κβαντικές τεχνολογίες.
Το φαινόμενο της Κβαντικής Εμπλοκής
Όταν σωματίδια όπως τα φωτόνια εμπλέκονται, μπορούν να μοιράζονται κβαντικά χαρακτηριστικά – συμπεριλαμβανομένων πληροφοριών – ανεξαρτήτως της απόστασης μεταξύ τους. Αυτό το φαινόμενο είναι θεμελιώδες για τη κβαντική φυσική και είναι ένα από τα χαρακτηριστικά που καθιστούν τους κβαντικούς υπολογιστές τόσο ισχυρούς.
Αλλά οι δεσμοί της κβαντικής εμπλοκής είναι συνήθως δύσκολο να σχηματιστούν. Αυτό συμβαίνει διότι απαιτεί την προετοιμασία δύο ξεχωριστών ζευγαριών κβαντικής εμπλοκής και στη συνέχεια τη μέτρηση της δύναμης της εμπλοκής – που ονομάζεται μέτρηση Bell-state – σε ένα φωτόνιο από κάθε ζευγάρι. Αυτές οι μετρήσεις προκαλούν την κατάρρευση του κβαντικού συστήματος, αφήνοντας τα δύο μη μετρούμενα φωτόνια εμπλεγμένα, παρά το γεγονός ότι δεν είχαν ποτέ αλληλεπιδράσει άμεσα μεταξύ τους.
Η νέα μελέτη
Σε μια νέα μελέτη, που δημοσιεύθηκε στις 2 Δεκεμβρίου 2024 στο περιοδικό Physical Review Letters, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν το PyTheus, ένα εργαλείο Τεχνητής Νοημοσύνης που έχει δημιουργηθεί ειδικά για τον σχεδιασμό κβαντικών οπτικών πειραμάτων.
Οι συγγραφείς της μελέτης σχεδίαζαν αρχικά να αναπαράγουν καθιερωμένα πρωτόκολλα για την εμπλοκή swap σε κβαντικές επικοινωνίες. Ωστόσο, το εργαλείο Τεχνητής Νοημοσύνης συνεχώς πρότεινε μια πολύ πιο απλή μέθοδο για την επίτευξη κβαντικής εμπλοκής φωτονίων.
Η συμβολή της τεχνητής νοημοσύνης
«Οι συγγραφείς ήταν σε θέση να εκπαιδεύσουν ένα νευρωνικό δίκτυο σε ένα σύνολο περίπλοκων δεδομένων που περιγράφουν πώς να ρυθμίσουν αυτόν τον τύπο πειράματος σε πολλές διαφορετικές συνθήκες και το δίκτυο στην πραγματικότητα έμαθε τη φυσική που το στηρίζει», δήλωσε η Σοφία Βαλλεκόρσα, ερευνήτρια φυσικής για την πρωτοβουλία κβαντικής τεχνολογίας στο CERN, η οποία δεν συμμετείχε στη νέα έρευνα.
Αντιμετωπίζοντας τον σκεπτικισμό
Αν και οι επιστήμονες ήταν αρχικά επιφυλακτικοί για τα αποτελέσματα, το εργαλείο συνέχιζε να επιστρέφει την ίδια λύση, οπότε δοκίμασαν τη θεωρία. Ρυθμίζοντας τις πηγές φωτονίων και εξασφαλίζοντας ότι ήταν δυσδιάκριτες, οι φυσικοί δημιούργησαν συνθήκες όπου η ανίχνευση φωτονίων σε ορισμένες διαδρομές εγγυάται ότι δύο άλλα φωτόνια θα προκύψουν διεμπλεγμένα.
Αυτή η ανακάλυψη στην κβαντική φυσική έχει απλοποιήσει τη διαδικασία με την οποία μπορεί να σχηματιστεί η κβαντική εμπλοκή. Στο μέλλον, θα μπορούσε να έχει επιπτώσεις για τα κβαντικά δίκτυα που χρησιμοποιούνται για ασφαλή μηνύματα, καθιστώντας αυτές τις τεχνολογίες πολύ πιο εφικτές.
Μέλλον και προκλήσεις
«Όσο περισσότερο μπορούμε να βασιζόμαστε σε απλή τεχνολογία, τόσο περισσότερο μπορούμε να αυξήσουμε την γκάμα εφαρμογών», δήλωσε η Βαλλεκόρσα.
«Η πιθανότητα να δημιουργηθούν πιο πολύπλοκα δίκτυα, που θα μπορούσαν να διακλαδίζονται σε διαφορες γεωμετρίες, μπορεί να έχει μεγάλο αντίκτυπο σε σχέση με την ατομική περίπτωση τελικού συνδέσμου».
Ωστόσο, παραμένει να δούμε κατά πόσο είναι πρακτικό να κλιμακωθεί η τεχνολογία σε μια εμπορικά βιώσιμη διαδικασία, καθώς οι περιβαλλοντικοί θόρυβοι και οι ατέλειες των συσκευών θα μπορούσαν να προκαλέσουν αστάθεια στο κβαντικό σύστημα.
Η νέα μελέτη παρέχει επίσης ένα πειστικό επιχείρημα για τη χρήση της Τεχνητής Νοημοσύνης ως εργαλείο έρευνας από τους φυσικούς. «Κοιτάμε περισσότερο προς την εισαγωγή της Τεχνητής Νοημοσύνης, αλλά υπάρχει ακόμα λίγο σκεπτικισμός, κυρίως λόγω του ρόλου της φυσικής μόλις αρχίσουμε να προχωράμε αυτήν την κατεύθυνση» δήλωσε η Βαλλεκόρσα.
«Eίναι μια ευκαιρία για να επιτευχθεί ένα πολύ ενδιαφέρον αποτέλεσμα και δείχνει με πολύ πειστικό τρόπο πώς αυτό μπορεί να είναι ένα εργαλείο που οι φυσικοί χρησιμοποιούν».