Usare l’intelligenza artificiale per domare i sistemi quantistici

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Illustrazione astratta della tecnologia aliena di fisica quantistica

I sistemi quantistici si riferiscono allo studio di sistemi che operano secondo i principi della meccanica quantistica. Questi sistemi includono atomi, molecole e particelle subatomiche e sono noti per le loro proprietà uniche come la sovrapposizione, l’entanglement e l’interferenza quantistica.

L’apprendimento automatico guida l’auto-scoperta di impulsi che stabilizzano i sistemi quantistici di fronte al rumore ambientale.

Controllare la traiettoria di un pallone da basket è relativamente semplice, in quanto richiede solo l’applicazione della forza meccanica e dell’abilità umana. Tuttavia, controllare il movimento di sistemi quantistici come atomi ed elettroni pone una sfida molto più grande. Queste minuscole particelle sono soggette a perturbazioni che possono farle deviare dal percorso previsto in modi inaspettati. Inoltre, il movimento all’interno del sistema degrada, noto come smorzamento, e il rumore dovuto a fattori ambientali come la temperatura ne interrompe ulteriormente la traiettoria.

Per contrastare gli effetti dello smorzamento e del rumore, i ricercatori dell’Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) in Giappone hanno trovato un modo per utilizzare l’intelligenza artificiale per scoprire e applicare impulsi stabilizzanti di luce o tensione con intensità fluttuante ai sistemi quantistici. Questo metodo è stato in grado di raffreddare con successo un oggetto micromeccanico al suo stato quantico e controllarne il movimento in modo ottimizzato. La ricerca è stata recentemente pubblicata sulla rivista Ricerca sulla revisione fisica.

Controllo quantistico attraverso l'applicazione dell'agente AI

L’idea di base è ottenere il controllo quantistico attraverso l’applicazione dell’agente AI (a sinistra). Ad esempio, per raffreddare la palla quantica (rossa) fino al fondo del pozzo in presenza di rumori ambientali, il controller AI, che si basa sull’apprendimento per rinforzo, identificherebbe impulsi di controllo intelligenti (grafico polare centrale). Credito: OIST

Oggetti micromeccanici, che sono grandi rispetto a un[{” attribute=””>atom or electron, behave classically when kept at a high temperature, or even at room temperature. However, if such mechanical modes can be cooled down to their lowest energy state, which physicists call the ground state, quantum behavior could be realized in such systems. These kinds of mechanical modes then can be used as ultra-sensitive sensors for force, displacement, gravitational acceleration, etc. as well as for quantum information processing and computing.

“Technologies built from quantum systems offer immense possibilities,” said Dr. Bijita Sarma, the article’s lead author and a Postdoctoral Scholar at OIST Quantum Machines Unit in the lab of Professor Jason Twamley. “But to benefit from their promise for ultraprecise sensor design, high-speed quantum information processing, and

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