memristor cuántico: una unidad de aritmética basada en la memoria

La computación cuántica ha emergido a pasos agigantados en los últimos años. De hecho, una vez que las grandes empresas tecnológicas como IBM, Microsoft y Google comenzaron a mostrar interés, dejaron de ser rastreadas. Sin embargo, la investigación continúa sobre los elementos básicos de la computación cuántica y, para mí, es más interesante que los logros de ingeniería de los laboratorios comerciales (que siguen siendo absolutamente necesarios).

De acuerdo con mis intereses, un grupo de investigadores demostró recientemente el primer memristor cuántico. Este podría ser un paso crucial para llevar una especie de red neuronal altamente eficiente al ámbito de la computación cuántica sin una gran cantidad de conexiones cuánticas.

Memristores y adición cuántica

El concepto de memristor se remonta a la década de 1970, pero ha permanecido durante mucho tiempo como un calcetín debajo de una lavadora: olvidado y no extrañado. La idea básica es que la corriente que fluye a través del memristor depende no solo del voltaje aplicado a través de las terminales sino también del Fecha de voltaje aplicado. Las aplicaciones físicas de los memristores ofrecen una gran promesa para la computación de bajo consumo porque se pueden utilizar para crear memorias de bajo consumo.

Un memristor cuántico, visto a la luz de la información cuántica, es un poco más complejo. Un qubit, que almacena un solo bit de información cuántica en su estado cuántico, no tiene necesariamente un valor de bit bien definido. En lugar de que un número racional sea uno o un cero racional, puede estar en un estado de superposición cuántica. El valor de un qubit solo se conoce cuando lo medimos: la medición siempre revela un uno o un cero. Él Probablemente Obtener un uno (o cero) lógico se rige por las propiedades de la superposición cuántica.

El trabajo de una computadora cuántica es modificar suavemente estas probabilidades a través de interacciones con otros estados de superposición cuántica para que se puedan leer los resultados.

Ahora, piense en un memristor en este esquema. El memristor debe modificar el estado cuántico del qubit en función de el valor de los qubits anteriores. Esto significa dos cosas. Primero, el memristor debe preservar las propiedades cuánticas del qubit (de lo contrario, no se pueden realizar más operaciones). En segundo lugar, para determinar su estado interno, el memristor debe medir qubits, lo que borra sus propiedades. En cierto sentido, esto significa que no puede existir un memristor cuántico perfecto (como referencia, hay dos teóricos a los que les molesta la idea de un memristor clásico, por lo que esta no es un área nueva).

divide la diferencia

Esta discrepancia no disuadió a los investigadores, de todos modos pudieron crear un memristor cuántico. Comencemos con la esencia de la idea. Imagina que tienes un espejo imperfecto. Si apunta al espejo con un solo fotón de luz, el fotón se reflejará en el espejo o se transmitirá, con una probabilidad que depende de la extensión del reflejo del espejo. Suponga que cuenta los fotones enviados y usa este número para cambiar el reflejo del espejo. Esto crea efectivamente un memristor, pero no un memristor cuántico.

Para añadir felicidad cuantitativa, tenemos que modificar un poco la experiencia. Reemplazamos la fuente de luz con una que envía rayos que contienen un solo fotón o ningún fotón (un estado de superposición de un solo fotón o cero). Los haces reflejados por el espejo conservan su estado de superposición y pueden utilizarse para futuros cálculos, mientras que los haces que se envían se miden para modular el reflejo del espejo. Ahora tenemos una memoria cuántica completa: la probabilidad de un futuro qubit reflejado por el espejo está modulada por Arroyo Qubit país.

Implementar esto en la práctica es un poco más complicado, y los investigadores usaron diferentes propiedades de los fotones además de la cantidad de fotones. Sin embargo, el comportamiento (y el modelo matemático) son los mismos y el memristor cuántico funcionó como se esperaba.

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