Автор: 
Российские исследователи разработали элементную базу для нейроморфного вычислительного устройства, которое совместит свойства нейросетей и квантового компьютера. Основой стал сверхпроводящий интерферометр — устройство, способное менять магнитное поле заданным образом. При определённых температурах интерферометр позволяет эффектам квантовой физики проявляться на макроскопическом уровне. По словам учёных, разработка станет первым шагом к созданию искусственного интеллекта нового типа — более приближенного по энергоэффективности к человеческому мозгу. Результаты исследования опубликованы в журнале Beilstein Journal of Nanotechnology.
Современные программные нейросети способны решать очень сложные задачи. Во многих из них применяются алгоритмы, подобные принципам работы нейронов человеческого мозга. Однако по своей энергоэффективности искусственный интеллект сильно уступает мозгу, поскольку для работы с большими данными нейросети требуют огромных вычислительных мощностей. Поэтому учёные во всем мире ищут новые аппаратные основы для создания нейроморфного ИИ, которые позволили бы обрабатывать огромные объёмы данных, потребляя при этом минимум энергоресурсов аналогично тому, как работает человеческий мозг.
Авторы исследования предлагают решить эту задачу, совместив в одном устройстве квантовые технологии и технологии искусственного интеллекта. Напомним, квантовый компьютер в качестве носителя информации использует квантовые частицы. Использование квантовых свойств частиц для передачи и обработки информации позволяет в разы повысить вычислительную мощность устройств. Учёные разработали модель логической ячейки на основе сверхпроводящего интерферометра — устройства, которое способно изменять магнитное поле по заданному алгоритму. При температурах, близких к абсолютному нулю по шкале Кельвина (-273 °С), интерферометр проявляет квантовые эффекты на макроскопических масштабах. Таким образом, полученная ячейка может быть как единицей информации в квантовом компьютере — кубитом, так и базовым элементом нейросети — нейроном.
По словам специалистов, они настроили параметры ячейки так, что она перестала реагировать на незначительные изменения магнитного поля. Зато сильный магнитный поток при прохождении через устройство формировал фиксированное значение магнитного потока. Фактически таким образом исследователи продемонстрировали режим работы квантовой ячейки (квантового нейрона), полностью аналогичной известным для классических нейронных сетей типа персептрон. Учёные также смогли изменить индуктивность интерферометра и входного магнитного потока так, чтобы использовать прибор в качестве вспомогательного кубита. Такие кубиты в квантовых компьютерах важны, например, для реализации алгоритмов коррекции вычислительных ошибок.
