L’algoritmo di intelligenza artificiale si basa su un modello matematico chiamato rete neurale, ispirato alla struttura biologica del cervello umano, che è costituita da nodi interconnessi (neuroni). Proprio come nel nostro cervello il processo di apprendimento si basa sulla riorganizzazione delle connessioni tra i neuroni, le reti neurali artificiali possono essere “addestrate” su un insieme noto di dati che ne modifica la struttura interna, rendendole capaci di svolgere compiti “umani”. , come riconoscere i volti, interpretare immagini mediche per diagnosticare malattie e persino guidare un’auto. Pertanto, molte ricerche sono in corso in questo settore, sia a livello accademico che industriale. L’obiettivo è quello di realizzare un dispositivo compatto e pratico in grado di eseguire in modo rapido ed efficiente le operazioni matematiche richieste per il funzionamento delle reti neurali.

Un importante progresso in questo campo è stata l’invenzione del resistore di memoria, un componente che cambia la sua resistenza elettrica in base al “ricordare” della corrente elettrica che lo attraversava in precedenza. Come hanno capito i pionieri di questo campo, questo comportamento è molto simile alle sinapsi neuronali, ovvero le connessioni tra i neuroni nel cervello. Per tutti questi motivi, i resistori di memoria sono diventati una componente fondamentale della costruzione di architetture neuromorfiche, cioè forgiate per imitare il nostro cervello.

Ora, diversi scienziati hanno dimostrato che è possibile progettare dispositivi ottici con le stesse caratteristiche funzionali dei resistori di memoria, e anche in grado di funzionare allo stato di luce quantistica e, quindi, codificare e trasmettere informazioni quantistiche: resistori di memoria quantistica. Il nuovo dispositivo può essere descritto come un neurone artificiale quantistico fatto di fotoni.

Il progresso è stato opera di un gruppo di fisici guidato da Roberto Osellame, dell’Istituto di Fotonica e Nanotecnologie (IFN) del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), e Philip Walther, dell’Università di Vienna in Austria, in collaborazione con Andrea Crespi del Politecnico di Milano in Italia.

Una ricreazione artistica del concetto di neurone artificiale quantistico creato con i fotoni. (Immagine: grafico dell’equinozio)

I creatori di questo nuovo e sorprendente dispositivo hanno utilizzato singoli fotoni (particelle di luce individuali) e hanno sfruttato la loro capacità quantistica per propagarsi simultaneamente in due o più percorsi. Questi fotoni sono trasportati in quello che è noto come un circuito ottico, creato da impulsi laser su un chip di vetro dinamicamente riconfigurabile che può supportare stati di sovrapposizione quantistica in diversi percorsi. Misurando il flusso di fotoni che si propaga attraverso uno di questi percorsi, è possibile, attraverso un complesso sistema di feedback elettronico, riconfigurare la trasmissione del dispositivo in modo tale da ottenere funzionalità equivalenti alle normali funzioni di memoria.

Osellame e i suoi colleghi hanno presentato i dettagli tecnici dei loro neuroni artificiali quantistici sulla rivista accademica Nature Photonics, intitolata “Experimental photonic quantum memristors”. (Fonte: NCYT di Amazings)