Imaginación Creadora

Neurona cuántica hecha con fotones

Los algoritmos de inteligencia artificial se basan en modelos matemáticos llamados redes neuronales, inspirados en la estructura biológica del cerebro humano, que está integrada por nodos interconectados (neuronas). Al igual que en nuestro cerebro el proceso de aprendizaje se basa en la reordenación de las conexiones entre neuronas, las redes neuronales artificiales pueden ser «entrenadas» sobre un conjunto de datos conocidos que modifican su estructura interna, haciéndolas capaces de realizar tareas «humanas», como el reconocimiento de caras, la interpretación de imágenes médicas para diagnosticar enfermedades e incluso la conducción de un coche. Por ello, se está investigando mucho en este campo, tanto a nivel académico como industrial. La meta es lograr dispositivos prácticos y compactos capaces de realizar rápida y eficazmente las operaciones matemáticas necesarias para el funcionamiento de redes neuronales.

Un avance notable en este campo fue la invención del memorresistor, un componente que cambia su resistencia eléctrica en función del “recuerdo” de la corriente eléctrica que previamente pasó por él. Tal como advirtieron los pioneros del campo, esta conducta es sorprendentemente similar a la de las sinapsis neuronales, es decir, las conexiones entre las neuronas del cerebro. Por todo ello, el memorresistor se ha convertido en un componente fundamental con el que construir arquitecturas neuromórficas, es decir, forjadas para emular nuestro cerebro.

Ahora, unos científicos, han demostrado que es posible diseñar un dispositivo óptico con las mismas características funcionales que el memorresistor, y capaz además de operar sobre estados cuánticos de luz y, por tanto, codificar y transmitir información cuántica: un memorresistor cuántico. A este nuevo dispositivo se le podría describir como una neurona artificial cuántica hecha con fotones.

El avance es obra de un grupo de físicos dirigido por Roberto Osellame, del Instituto de Fotónica y Nanotecnologías (IFN) adscrito al Consejo Nacional italiano de Investigación (CNR), y Philip Walther, de la Universidad de Viena en Austria, en colaboración con Andrea Crespi del Politécnico de Milán en Italia.

Recreación artística del concepto de neurona artificial cuántica hecha con fotones. (Imagen: Equinox Graphics)

Los creadores de este nuevo y llamativo dispositivo han empleado fotones individuales (partículas individuales de luz) y han aprovechado su capacidad cuántica para propagarse simultáneamente en dos o más caminos. Estos fotones son conducidos en lo que se conoce como circuitos ópticos, fabricados mediante pulsos láser en un chip de vidrio, dinámicamente reconfigurable, que puede soportar estados cuánticos de superposición en diferentes vías. Midiendo el flujo de fotones que se propagan por una de estas vías, es posible, mediante un complejo sistema de retroalimentación electrónica, reconfigurar la transmisión del dispositivo de tal modo que se obtenga una funcionalidad equivalente a la del memorresistor normal.

Osellame y sus colegas exponen los detalles técnicos de su neurona artificial cuántica en la revista académica Nature Photonics, bajo el título “Experimental photonic quantum memristor”. (Fuente: NCYT de Amazings)