استفاده از هوش مصنوعی برای رام کردن سیستم های کوانتومی

به گزارش گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا به نقل از وبگاه (سای تک دیلی)، یادگیری ماشینی منجر به کشف پالس‌هایی می‌شود که سیستم‌های کوانتومی را در مواجهه با نویز‌های محیطی تثبیت می‌کنند.

کنترل مسیر توپ بسکتبال نسبتاً ساده است، زیرا فقط به اعمال نیروی مکانیکی و مهارت انسانی نیاز دارد. با این حال، کنترل حرکت سیستم‌های کوانتومی مانند اتم‌ها و الکترون‌ها چالش بسیار بزرگ‌تری را ایجاد می‌کند. این ذرات ریز مستعد اختلالاتی هستند که می‌تواند باعث شود آن‌ها از مسیر مورد نظر خود به روش‌های غیرمنتظره‌ای منحرف شوند. علاوه بر این، حرکت در داخل سیستم کاهش می‌یابد که به عنوان میرایی شناخته می‌شود و نویز ناشی از عوامل محیطی مانند دما، مسیر آن را بیشتر مختل می‌کند.

برای مقابله با اثرات میرایی و نویز، محققان موسسه علم و فناوری اوکیناوا (OIST) در ژاپن راهی برای استفاده از هوش مصنوعی برای کشف و اعمال پالس‌های تثبیت کننده نور یا ولتاژ با شدت نوسان در سیستم‌های کوانتومی یافته اند. این روش توانست با موفقیت یک جسم میکرومکانیکی را تا حالت کوانتومی خود خنک کند و حرکت آن را به روشی بهینه کنترل کند. این تحقیق اخیراً در مجله Physical Review Research منتشر شده است.

اجسام میکرومکانیکی، که در مقایسه با اتم یا الکترون بزرگ هستند، وقتی در دمای بالا یا حتی در دمای اتاق نگهداری می‌شوند، رفتار کلاسیکی دارند. با این حال، اگر بتوان چنین حالت‌های مکانیکی را تا پایین‌ترین حالت انرژی خنک کرد، که فیزیکدانان آن را حالت پایه می‌نامند، رفتار کوانتومی می‌تواند در چنین سیستم‌هایی تحقق یابد. این نوع حالت‌های مکانیکی می‌توانند به عنوان حسگر‌های فوق حساس برای نیرو، جابجایی، شتاب گرانشی و ... و همچنین برای پردازش و محاسبات اطلاعات کوانتومی استفاده شوند.

دکتر بیجیتا سارما، نویسنده اصلی مقاله و محقق فوق دکتری در واحد ماشین‌های کوانتومی OIST در آزمایشگاه پروفسور جیسون تواملی، گفت: فناوری‌های ساخته شده از سیستم‌های کوانتومی امکانات بسیار زیادی را ارائه می‌دهند. اما برای بهره مندی از وعده آن‌ها برای طراحی حسگر فوق دقیق، پردازش اطلاعات کوانتومی با سرعت بالا و محاسبات کوانتومی، باید یاد بگیریم که راه‌هایی برای دستیابی به خنک سازی و کنترل سریع این سیستم‌ها طراحی کنیم.

روش مبتنی بر یادگیری ماشینی که او و همکارانش طراحی کردند نشان می‌دهد که چگونه می‌توان از کنترل‌کننده‌های مصنوعی برای کشف توالی‌های پالس غیر شهودی و هوشمند استفاده کرد که می‌توانند یک جسم مکانیکی را از دما‌های بالا تا بسیار سرد سریع‌تر از سایر روش‌های استاندارد خنک کنند. این پالس‌های کنترلی توسط عامل یادگیری ماشین کشف می‌شوند. این کار کاربرد هوش ماشین مصنوعی را در توسعه فناوری‌های کوانتومی نشان می‌دهد.

محاسبات کوانتومی این پتانسیل را دارد که با فعال کردن سرعت‌های محاسباتی بالا و قالب‌بندی مجدد تکنیک‌های رمزنگاری، جهان را متحول کند. به همین دلیل است که بسیاری از موسسات تحقیقاتی و شرکت‌های بزرگ فناوری مانند گوگل و آی بی ام منابع زیادی را برای توسعه چنین فناوری‌هایی سرمایه گذاری می‌کنند. اما برای فعال کردن این امر، محققان باید به کنترل کامل بر عملکرد چنین سیستم‌های کوانتومی با سرعت بسیار بالا دست یابند تا بتوان اثرات نویز و میرایی را از بین برد.

دکتر سارما گفت: برای تثبیت یک سیستم کوانتومی، پالس‌های کنترلی باید سریع باشند – و کنترل‌کننده‌های هوش مصنوعی ما وعده دستیابی به چنین شاهکاری را نشان داده‌اند.

بنابراین، روش پیشنهادی ما برای کنترل کوانتومی با استفاده از کنترل‌کننده هوش مصنوعی می‌تواند پیشرفتی در زمینه محاسبات کوانتومی پرسرعت ایجاد کند و ممکن است اولین قدم برای دستیابی به ماشین‌های کوانتومی خودران باشد، مشابه ماشین‌های خودران. ما امیدواریم که چنین روش‌هایی بتواند بسیاری از محققان کوانتومی را برای پیشرفت‌های فناوری آینده جذب کند.