Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν την Τεχνητή Νοημοσύνη για να ανακαλύψουν μια ευκολότερη μέθοδο σχηματισμού κβαντικής διεμπλοκής μεταξύ υποατομικών σωματιδίων, ανοίγοντας έτσι το δρόμο για απλούστερες κβαντικές τεχνολογίες.
Όταν σωματίδια όπως τα φωτόνια περιπλέκονται, μπορούν να μοιράζονται κβαντικές ιδιότητες (συμπεριλαμβανομένης της πληροφορίας) ανεξάρτητα από τη μεταξύ τους απόσταση. Το φαινόμενο αυτό είναι σημαντικό στην Κβαντική Φυσική και αποτελεί ένα από τα χαρακτηριστικά που καθιστούν τους κβαντικούς υπολογιστές τόσο ισχυρούς.
Ωστόσο, ο σχηματισμός των δεσμών της κβαντικής διεμπλοκής έχει αποδειχθεί δυσκολη υπόθεση για τους επιστήμονες. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι απαιτείται η προετοιμασία δύο ξεχωριστών περιπλεγμένων ζευγών, και στη συνέχεια η μέτρηση της ισχύος της διεμπλοκής – αποκαλούμενη μέτρηση της κατάστασης Bell – σε ένα φωτόνιο από κάθε ένα από τα ζεύγη.
Αυτές οι μετρήσεις προκαλούν την κατάρρευση του κβαντικού συστήματος και αφήνουν τα δύο μη μετρημένα φωτόνια να περιπλέκονται, παρά το γεγονός ότι δεν έχουν ποτέ αλληλεπιδράσει άμεσα μεταξύ τους. Αυτή η διαδικασία της «ανταλλαγής διεμπλοκής» θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την κβαντική τηλεμεταφορά.
Σε μια νέα έρευνα, που δημοσιεύθηκε στις 2 Δεκεμβρίου 2024 στο περιοδικό Physical Review Letters, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν το PyTheus, ένα AI εργαλείο που έχει δημιουργηθεί ειδικά για το σχεδιασμό κβαντο-οπτικών πειραμάτων. Οι συγγραφείς της δημοσίευσης ξεκίνησαν αρχικά να αναπαράγουν τα καθιερωμένα πρωτόκολλα για την ανταλλαγή διεμπλοκής στις κβαντικές επικοινωνίες. Ωστόσο, το AI εργαλείο συνέχισε να παράγει μια πολύ απλούστερη μέθοδο για την επίτευξη κβαντικής διεμπλοκής των φωτονίων.
«Οι συγγραφείς μπόρεσαν να εκπαιδεύσουν ένα νευρωνικό δίκτυο σε ένα σύνολο πολύπλοκων δεδομένων που περιγράφουν πώς στήνεται αυτό το είδος πειράματος σε πολλές διαφορετικές συνθήκες, και το δίκτυο έμαθε στην πραγματικότητα τη φυσική πίσω από αυτό», δήλωσε η Sofia Vallecorsa, ερευνητική φυσικός για την πρωτοβουλία κβαντικής τεχνολογίας στο CERN, η οποία δεν συμμετείχε στη νέα έρευνα.
Το AI εργαλείο πρότεινε ότι η διεμπλοκή θα μπορούσε να προκύψει επειδή οι διαδρομές των φωτονίων ήταν δυσδιάκριτες: όταν υπάρχουν πολλές πιθανές πηγές από τις οποίες θα μπορούσαν να έχουν προέλθει τα φωτόνια, και αν η προέλευσή τους γίνεται δυσδιάκριτη μεταξύ τους, τότε μπορεί να παραχθεί διεμπλοκή μεταξύ τους, ενώ πριν δεν υπήρχε.
Αν και οι επιστήμονες ήταν αρχικά επιφυλακτικοί απέναντι στα αποτελέσματα, το εργαλείο επέστρεφε συνεχώς την ίδια λύση, οπότε δοκίμασαν τη θεωρία. Προσαρμόζοντας τις πηγές φωτονίων και εξασφαλίζοντας ότι ήταν δυσδιάκριτες, οι φυσικοί δημιούργησαν συνθήκες όπου η ανίχνευση φωτονίων σε ορισμένες διαδρομές εγγυόταν ότι δύο άλλα προέκυπταν διεμπλεγμένα.
Αυτή η ανακάλυψη στην Κβαντική Φυσική απλοποίησε τη διαδικασία με την οποία μπορεί να σχηματιστεί η κβαντική διεμπλοκή. Στο μέλλον, θα μπορούσε να έχει επιπτώσεις στα κβαντικά δίκτυα που χρησιμοποιούνται για ασφαλή ανταλλαγή μηνυμάτων, καθιστώντας τις τεχνολογίες αυτές πολύ πιο εφικτές.
«Όσο περισσότερο μπορούμε να βασιστούμε στην απλή τεχνολογία, τόσο περισσότερο μπορούμε να αυξήσουμε το εύρος των εφαρμογών», δήλωσε η Vallecorsa. «Η δυνατότητα κατασκευής πιο σύνθετων δικτύων που θα μπορούσαν να διακλαδίζονται σε διαφορετικές γεωμετρίες θα μπορούσε να έχει μεγάλο αντίκτυπο σε σχέση με την περίπτωση του απλού end-to-end».
Ωστόσο, μένει να φανεί αν είναι πρακτικό να μετατραπεί η τεχνολογία σε μια εμπορικά βιώσιμη διαδικασία, καθώς ο περιβαλλοντικός θόρυβος και οι ατέλειες της συσκευής θα μπορούσαν να προκαλέσουν αστάθεια στο κβαντικό σύστημα. Η νέα μελέτη παρείχε επίσης ένα πειστικό επιχείρημα για τη χρήση της Τεχνητής Νοημοσύνης ως ερευνητικού εργαλείου από τους φυσικούς.
«Εξετάζουμε περισσότερο την εισαγωγή της Τεχνητής Νοημοσύνης, αλλά εξακολουθεί να υπάρχει ένας μικρός σκεπτικισμός, κυρίως λόγω του ποιος θα είναι ο ρόλος του Φυσικού όταν αρχίσουμε να ακολουθούμε αυτόν τον δρόμο», δήλωσε η Vallecorsa. «Είναι μια ευκαιρία για να πάρουμε ένα πολύ ενδιαφέρον αποτέλεσμα και δείχνει με πολύ πειστικό τρόπο πώς αυτό μπορεί να είναι ένα εργαλείο που χρησιμοποιούν οι Φυσικοί».
[via]
