Российские ученые предложили сверхпроводящую логическую ячейку, которая может быть как составной частью квантового компьютера, так и компонентом нейросети — искусственным нейроном. В перспективе на ее основе будут проектироваться элементы для нейроморфной обработки информации в квантовых процессорах — по сути, «квантовые» нейросети.

Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Beilstein Journal of Nanotechnology.

Современные достижения в области информационно-телекоммуникационных технологий способствуют активному развитию систем искусственного интеллекта. Однако, несмотря на колоссальный прогресс и внедрение нейронных сетей практически во все сферы деятельности человека, ученые все еще ищут оптимальную элементную базу искусственных нейронных сетей, которые бы потребляли минимум энергоресурсов и при этом работали с экстремально большим объемом данных. Решить данную проблему можно, совместив идеи квантовых вычислений и нейротехнологий на основе сверхпроводниковой элементной базы.

Ученые из Национального исследовательского Нижегородского государственного Университета имени Н.И. Лобачевского (Нижний Новгород) и Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (Москва) предложили модель сверхпроводящей логической ячейки, которая может быть как единицей информации в квантовом компьютере — кубитом, — так и базовым элементом нейросети — нейроном. Такой ячейкой оказался интерферометр — прибор, изменяющий магнитное поле по заданному учеными закону.

«Мы настроили ячейку так, что она перестала реагировать на незначительные изменения магнитного поля, поступающего на нее. Однако, если магнитный поток на входе оказывался достаточно сильным, на выходе формировался фиксированный магнитный поток. Фактически таким образом мы продемонстрировали режим работы квантовой ячейки (квантового нейрона), полностью аналогичной известным для классических нейронных сетей. С другой стороны, меняя параметры индуктивностей ячейки и внешнего потока, мы смогли использовать ее в качестве вспомогательного кубита, отказавшись при управлении ею от высокостабильного опорного генератора и сложных смесителей сверхвысокочастотных сигналов, которые необходимы в традиционной технике», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Николай Кленов, доктор технических наук, профессор кафедры атомной физики, физики плазмы и микроэлектроники МГУ имени М.В. Ломоносова.

Кроме того, исследователи определили, что предлагаемая ячейка будет работать при температурах от 0,03 Кельвинов (порядка –273,12 ^оС) до 1 Кельвина (-272,15 ^оС), что подтверждает возможность использовать ее на практике для создания нейросетей, работающих с квантовой информацией. Авторы отмечают, что поддержание таких условий не вызывает трудностей.

«В настоящее время системы, объединяющие квантовые вычисления и искусственный интеллект, особенно актуальны. Наша работа — это маленький шаг в сторону развития нейросопроцессоров (базовых ячеек — нейронов), работающих с квантовой информацией. В дальнейшем мы планируем изучить передачу и обработку квантовой информации в простейшей квантовой сверхпроводниковой сети», — рассказывает Марина Бастракова, руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, заведующая лабораторией теории наноструктур Нижегородского государственного университета имени Н.И. Лобачевского.