Yapay Nöronlar ve Kuantum Teknolojisi

Son yıllarda, konuşma yorumlama, görüntü tanıma, tıbbi teşhis ve daha pek çok uygulama ile yapay zeka her yerde yaygınlaşırken kuantum teknolojisinin, dünyanın en büyük süper bilgisayarının bile ulaşamayacağı hesaplama gücüne sahip olduğu kanıtlanmıştır. Viyana Üniversitesi'ndeki fizikçiler şimdi kuantum memristörü adı verilen ve bu iki dünyayı birleştirmeye izin verebilecek ve böylece benzeri görülmemiş yeteneklerin kilidini açabilecek yeni bir cihaz gösterdiler. Ulusal Araştırma Konseyi (UAK) ve İtalya'daki Politecnico di Milano işbirliğiyle gerçekleştirilen deney, tek fotonlar üzerinde çalışan entegre bir kuantum işlemci üzerinde gerçekleştirildi. Çalışma Nature Photonics dergisinin güncel sayısında yayınlanmıştır.

Tüm yapay zeka uygulamalarının tam kalbinde sinir ağları adı verilen matematiksel modeller vardır. Bu modeller, birbirine bağlı düğümlerden oluşan insan beyninin biyolojik yapısından esinlenmiştir. Tıpkı beynimizin nöronlar arasındaki bağlantıları sürekli olarak yeniden düzenleyerek öğrendiği gibi, sinir ağları da insan düzeyindeki görevleri yerine getirene kadar iç yapılarını ayarlayarak matematiksel olarak eğitilebilir; yüzümüzü tanımak, teşhis için tıbbi görüntüleri yorumlamak, hatta arabalarımızı sürmek. Sinir ağlarında yer alan hesaplamaları hızlı ve verimli bir şekilde gerçekleştirebilen entegre cihazlara sahip olmak, hem akademik hem de endüstriyel olarak önemli bir araştırma odağı haline gelmiştir.

Bu alandaki en önemli oyun değiştiricilerden biri, 2008 yılında yapılan memristörün keşfidir. Bu cihaz, geçmiş akımın belleğine, dolayısıyla bellek direnci veya memristör adına bağlı olarak direncini değiştirir. Keşfinden hemen sonra, bilim adamları (diğer birçok uygulamanın yanı sıra) memristörlerin kendine özgü davranışlarının şaşırtıcı bir şekilde sinir sinapslarınınkine benzer olduğunu fark ettiler. Böylece memristör, nöromorfik yapıların temel yapı taşı haline gelmiştir.

Viyana Üniversitesi, Ulusal Araştırma Konseyi ve Prof. Philip Walther ve Dr. Roberto Osellame liderliğindeki Politecnico di Milano'dan bir grup deneysel fizikçi, kuantum durumları üzerinde hareket ederken ve aynı zamanda kuantum bilgisini kodlayabilen ve iletebilen bir memristörle aynı davranışa sahip bir cihazın başka bir deyişle, bir kuantum memristörünün yapılabilmesinin mümkün olduğunu göstermiştir. Böyle bir cihazı gerçekleştirmek zordur çünkü bir memristörün dinamikleri tipik kuantum davranışıyla çelişme eğilimindedir.

Fizikçiler, tek fotonları, yani ışıkların tek kuantum parçacıklarını kullanarak ve iki veya daha fazla yolun bir süperpozisyonunda aynı anda yayılma yeteneklerini kullanarak, zorluğun üstesinden geldiler. Deneylerinde, tek fotonlar, bir cam substrat üzerine lazerle yazılmış dalga kılavuzları boyunca yayılır ve birkaç yolun super-pozisyonuna yönlendirilir. Bu yollardan biri, cihazdan geçen fotonların akısını ölçmek için kullanılır ve bu miktar, karmaşık bir elektronik geri besleme şeması aracılığıyla, diğer çıkıştaki iletimi modüle eder, böylece istenen memristif davranışa ulaşmaktadır.

Araştırmacılar, kuantum memristörünü göstermenin yanı sıra, kuantum memristörlü optik ağların hem klasik hem de kuantum görevleri hakkında bilgi edinmek için kullanılabileceğini gösteren simülasyonlar sağladılar ve kuantum memristörünün yapay zeka ile kuantum hesaplama arasındaki eksik bağlantı olabileceğini işaret etmişlerdir.

Nature Photonics dergisindeki yayının ilk yazarı olan Michele Spagnolo, "Yapay zeka içindeki kuantum kaynaklarının tüm potansiyelini ortaya çıkarmak, kuantum fiziği ve bilgisayar bilimlerindeki mevcut araştırmanın en büyük zorluklarından biri. Viyana Üniversitesi'nden Philip Walther grubu da yakın zamanda kuantum kaynaklarını kullanıp ve kuantum hesaplamasından şemaları ödünç alırken robotların daha hızlı öğrenebileceğini gösterdi. Bu yeni başarı, kuantumun yapay zekanın gerçek olduğu bir geleceğe doğru atılmış bir adımı daha temsil ediyor.’’ demiştir.