Одним из способов противодействия затуханию и шуму является применение к квантовой системе стабилизирующих импульсов света или напряжения с изменяющейся интенсивностью. Теперь исследователи из Окинавского института науки и технологий (OIST) в Японии показали, что они могут использовать искусственный интеллект для обнаружения этих импульсов оптимизированным способом, чтобы соответствующим образом охладить микромеханический объект до его квантового состояния и управлять его движением. Их исследование было опубликовано в ноябре 2022 года в Исследование физического обзора в виде письма.

Микромеханические объекты, которые являются большими по сравнению с атомом или электроном, ведут себя классически при хранении при высокой температуре или даже при комнатной температуре. Однако, если такие механические режимы можно охладить до их состояния с наименьшей энергией, которое физики называют основным состоянием, в таких системах может быть реализовано квантовое поведение. Эти виды механических режимов затем могут быть использованы в качестве сверхчувствительных датчиков силы, перемещения, гравитационного ускорения и т.д., а также для квантовой обработки информации и вычислений.

"Технологии, созданные на основе квантовых систем, открывают огромные возможности", - сказала доктор Биджита Сарма, ведущий автор статьи и аспирант отдела квантовых машин OIST в лаборатории профессора Джейсона Твамли. "Но чтобы воспользоваться их перспективами в области сверхточного проектирования датчиков, высокоскоростной квантовой обработки информации и квантовых вычислений, мы должны научиться разрабатывать способы достижения быстрого охлаждения и управления этими системами".

Разработанный ею и ее коллегами метод, основанный на машинном обучении, демонстрирует, как искусственные контроллеры могут использоваться для обнаружения неинтуитивных интеллектуальных последовательностей импульсов, которые могут охлаждать механический объект от высоких до ультрахолодных температур быстрее, чем другие стандартные методы. Эти управляющие импульсы обнаруживаются агентом машинного обучения самостоятельно. Работа демонстрирует полезность искусственного машинного интеллекта в разработке квантовых технологий.

Квантовые вычисления обладают потенциалом произвести революцию в мире, обеспечив высокую скорость вычислений и переформатировав криптографические методы. Вот почему многие исследовательские институты и крупные технологические компании, такие как Google и IBM, вкладывают много ресурсов в разработку таких технологий. Но чтобы сделать это возможным, исследователи должны добиться полного контроля над работой таких квантовых систем на очень высокой скорости, чтобы можно было устранить эффекты шума и демпфирования.

"Чтобы стабилизировать квантовую систему, управляющие импульсы должны быть быстрыми - и наши контроллеры с искусственным интеллектом показали перспективность достижения такого результата", - сказал доктор Сарма. "Таким образом, предлагаемый нами метод квантового управления с использованием контроллера искусственного интеллекта мог бы обеспечить прорыв в области высокоскоростных квантовых вычислений, и это могло бы стать первым шагом к созданию квантовых машин, которые являются самоуправляемыми, подобными самоуправляемым автомобилям. Мы надеемся, что такие методы привлекут многих квантовых исследователей для будущих технологических разработок".