Kwantowe fotoniczne sieci memrystorowe

W ciągu ostatnich kilku dekad w informatyce doszło do dwóch fundamentalnych zmian paradygmatu. Pierwsza dotyczy sztucznych sieci neuronowych, które okazały się niezwykle skuteczne w zadaniach tak różnorodnych jak rozpoznawanie języka, diagnostyka medyczna, wysokorozwinięta automatyzacja i najbardziej zaawansowane algorytmy sztucznej inteligencji. Druga zmiana jest związana z  obliczaniem kwantowym, wykorzystującym unikalne cechy kwantowe (m. in. superpozycję i splątanie) do poszukiwania rozwiązań problemów, które do tej pory uznawane były za nierozwiązywalne.

prof. Magdalena Stobińska, fot. Michał Łepecki Projekt ten ma na celu wykorzystanie zalet miniaturowych, fotonicznych, kwantowych czipów, zbudowanych z laserowo wypalonych ścieżek i elementów optycznych do połączenia dwóch paradygmatów: demonstracji kwantowych sieci neuronowych, które wykorzystują nowatorskie kwantowe urządzenia memrystorowe do wprowadzenia sterowalnych nieliniowych operacji bramkowych i pamięci krótkotrwałej. Zintegrowany procesor fotoniczny zostanie zrealizowany na szklanym podłożu za pomocą ultraprecyzyjnego wypalania laserem, czyli techniki, która zapewnia wyjątkowe zalety, takie jak: łatwa realizacja różnych skomplikowanych sieci połączeń, niskie straty, szybkie prototypowanie i możliwość realizacji trójwymiarowego układu ścieżek, z których wszystkie mają kluczowe znaczenie dla powodzenia projektu. Procesor kwantowy będzie w stanie wykonywać programowalne, skończone i dyskretne transformacje matematyczne. Memrystory są natomiast elementami układów fotonicznych lub elektronicznych, które charakteryzują się pamięcią, i są przedmiotem szerokich badań naukowych. Łącząc uzupełniającą się wiedzę z zakresu obliczeń kwantowych, budowy fotonicznych układów kwantowych i kwantowej teorii informacji, stworzymy  przestrajalną,  fotoniczną, kwantową sieć memrystorową. Wszechstronność tego nieliniowego procesora zostanie pokazana poprzez zademonstrowanie rzeczywistych zastosowań kwantowo ulepszonych rezerwuarów kwantowych, sięgających od rozpoznawania mowy do identyfikacji obrazu, przyspieszonych przez architektury obliczeniowe.

Cele tego projektu położą podwaliny pod nową technologię kwantową, opartą na szczególnych cechach memrystorów kwantowych. Nasze interdyscyplinarne konsorcjum i metodologia pracy dają nam najlepsze warunki do sprostania wyzwaniom koncepcyjnym i technologicznym, a tym samym pozwalają na  stworzenie pierwszej generacji kwantowego neuromorficznego sprzętu obliczeniowego opartego na kwantowej platformie fotonicznej.