Международная группа учёных, включающая исследователей из Института нанотехнологий Национального исследовательского совета Италии, обнаружила неожиданную связь между квантовой физикой и теоретическими моделями искусственного интеллекта. Результаты работы, опубликованной в журнале Physical Review Letters, показывают, что фотоны в оптических схемах могут вести себя как элементы нейросети.
Исследователи выяснили, что одинаковые фотоны, распространяющиеся в интегрированных фотонных цепях, спонтанно формируют структуру, аналогичную сети Хопфилда — одной из базовых математических моделей ассоциативной памяти, используемой в теории работы мозга и искусственных нейросетей.
“Вместо традиционных электронных чипов мы использовали квантовую интерференцию — эффект, возникающий, когда световые частицы накладываются и взаимодействуют друг с другом”, — объясняет руководитель работы Марко Леонетти. По его словам, в такой системе фотоны перестают быть просто носителями данных и сами становятся “нейронами памяти”.
Квантовая интерференция приводит к возникновению устойчивых схем взаимодействий, позволяющих системе “запоминать” и восстанавливать информацию по частичным или искажённым сигналам — так же, как это делает ассоциативная память в мозге.
Исследование также выявило фундаментальный предел объёма информации, который может хранить такая система. При росте данных возникает переход к состоянию “спинового стекла” — особого типа неупорядоченной физической системы, где взаимодействия становятся хаотичными, и память “гаснет”.
Открытие открывает новые перспективы для фотонных технологий в искусственном интеллекте. Подобные устройства потенциально могут обеспечивать высокую вычислительную производительность при значительно меньшем энергопотреблении по сравнению с современными дата-центрами, приближая эру энергоэффективных квантово-фотонных вычислений.
Об авторе
