Oamenii de ştiinţă au descoperit cu ajutorul inteligenței artificiale o modalitate mai uşoară de a obţine starea de inseparabilitate cuantică între particulele subatomice

Oamenii de ştiinţă au apelat la inteligenţa artificială (AI) pentru a descoperi o modalitate mai uşoară de a obţine starea de inseparabilitate cuantică între particule subatomice, deschizând drumul spre tehnologii cuantice mai simple, transmite miercuri revista Live Science, citată de Agerpres.

Atunci când particule precum fotonii intră în starea de inseparabilitate cuantică, ei împărtăşesc proprietăţi cuantice – inclusiv informaţie – indiferent de distanţa dintre ei. Acest fenomen este extrem de important în fizica cuantică, demonstrând că la nivel cuantic informaţia poate călători dintr-un capăt în celălalt al Universului instantaneu şi are aplicabilitate în domeniul calculatoarelor cuantice.

Obţinerea de legături de inseparabilitate cuantică între subparticule s-au dovedit o mare provocare pentru fizicieni pentru că necesită pregătirea a două perechi de particule separate şi apoi este nevoie de măsurarea tăriei acestei legături – denumită măsurătoare a stării Bell – pe câte un foton din fiecare pereche.

Această măsurătoare duce la prăbuşirea sistemului cuantic iar cei doi fotoni nemăsuraţi rămân în stare de inseparabilitate cuantică, chiar dacă nu au interacţionat niciodată în mod direct unul cu celălalt. Acest proces de „schimbare” a stării de inseparabilitate cuantică de pe o pereche de particule pe alta, poate fi folosit în teleportarea cuantică, susţine Live Science.

Într-un studiu, publicat la 2 decembrie 2024 în jurnalul Physical Review Letters, oamenii de ştiinţă au folosit PyTheus, un instrument AI ce a fost creat în mod specific pentru a concepe experimente de optică cuantică. Autorii studiului au dorit iniţial să reproducă protocoalele obişnuite pentru schimbarea stării de inseparabilitate cuantică între particule în comunicaţiile cuantice. Însă, instrumentul AI a continuat să propună o metodă mult mai simplă pentru obţinerea stării de inseparabilitate cuantică a fotonilor.

„Autorii au reuşit să antreneze o reţea neuronală pe un set de date complexe care descriu cum se organizează un astfel de experiment în numeroase condiţii diferite, iar reţeaua a reuşit să înveţe fizica din spatele acestui experiment”, a declarat pentru Live Science Sofia Vallecorsa, fizician în cadrul Iniţiativei pentru tehnologie cuantică a CERN, care nu a participat la această cercetare.

Instrumentul AI a propus că relaţia de inseparabilitate cuantică poate apărea pentru că direcţiile de propagare ale fotonilor erau de nedistins: atunci când sunt mai multe posibile surse de unde pot proveni fotonii, iar originile lor devin imposibil de distins între ele, starea de inseparabilitate cuantică poate fi obţinută între aceste particule atunci când nu exista în prealabil.

Deşi oamenii de ştiinţă au fost iniţial sceptici cu privire la rezultate, instrumentul AI a continuat să le ofere, din nou şi din nou aceeaşi soluţie, aşa că până la urmă au testat-o. Prin ajustarea surselor de fotoni şi după ce s-au asigurat că acestea nu pot fi distinse, fizicienii au creat condiţiile în care detectarea a doi fotoni de pe anumite direcţii garanta că ceilalţi doi fotoni erau în stare de inseparabilitate cuantică.

Această descoperire importantă în domeniul fizicii cuantice a simplificat procesul de obţinere a stării de inseparabilitate cuantică. În viitor, acest proces poate avea implicaţii pentru reţelele cuantice folosite pentru securizarea informaţiilor, făcând aceste tehnologii mult mai fezabile.

„Cu cât te bazezi mai mult pe tehnologii simple, cu atât poţi dezvolta gama de aplicaţii. Posibilitatea de a construi reţele mai complexe, care se pot ramifica în diferite geometrii, ar putea avea un impact major”, a mai susţinut Sofia Vallecorsa.

Cu toate acestea, rămâne de văzut dacă transformarea acestei tehnologii într-un proces viabil din punct de vedere economic este practică, pentru că zgomotul de mediu şi imperfecţiunile dispozitivelor pot produce uşor instabilitate în fragilele sisteme cuantice.

Noul studiu a demonstrat însă şi altceva foarte important. El oferă argumente convingătoare pentru folosirea AI ca instrument de cercetare de către fizicieni. „Avem în vedere introducerea sistemelor AI, dar ne confruntăm încă şi cu puţin scepticism, în mare parte din cauza diminuării rolului fizicianului în propriul domeniu de excelenţă, odată ce începem să mergem pe acest drum”, a mai comentat Vallecorsa.