Quanten-Memristor läutet Ära der neuromorphen Quantenarchitektur ein

Forscher aus Österreich und Italien haben einen "Quanten-Memristor" entwickelt, der in der Lage ist, kohärente Quanteninformationen in Form einer Überlagerung von Einzelphotonen zu übermitteln. Ein solches Gerät könnte die Grundlage für eine Quantenversion der neuromorphen Architektur bilden, deren Funktionsweise die des menschlichen Gehirns nachahmen soll.

Der Memristor ist der vierte Grundtyp eines elektronischen Bauteils. Den Widerstand, den Kondensator und die Spule kennen wir schon lange. Im Jahr 1971 stellte Professor Leon Chua aus Kalifornien die Hypothese auf, dass es ein viertes Element geben könnte, das er Memristor nannter. Ein solches Gerät wurde fast 40 Jahre später, im Jahr 2008, entwickelt. Memristoren erwiesen sich schnell als nützlicher als gedacht, und vor zwei Jahren wurden sie zum Bau eines Geräts verwendet, das ähnlich wie ein Neuron funktioniert. Die Forschung an diesem elektronischen Element ist noch nicht abgeschlossen, und die neueste Entwicklung ist die Kombination mit der Quantentechnologie.

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Ein Memristor, der mit Quantenzuständen arbeitet und Quanteninformationen überträgt, wurde von Wissenschaftlern der Universität Wien, der Polytechnischen Universität Mailand und des italienischen Nationalen Forschungsrats gebaut. Er wurde mit einem Femtosekundenlaser erzeugt, der kurze Lichtimpulse von nur 10(E-15) Sekunden Dauer aussendet. Mit diesen Impulsen schnitzten die Wissenschaftler Wellenleiter, also Kanäle, die Licht einschließen oder weiterleiten können, in das Glas.

Michele Spagnolo und sein Team verwendeten Wellenleiter, um einzelne Photonen zu übertragen. Dank ihrer Quantennatur können Photonen in Überlagerung durch zwei oder mehr Wellenleiter gleichzeitig geschickt werden. Mit hochentwickelten Einzelphotonendetektoren könnten wir ein Photon in einem Wellenleiter messen und diese Messung dann zur Steuerung des Geräts durch Modulation der Übertragung in einem anderen Wellenleiter verwenden. Auf diese Weise verhielt sich unser Gerät wie ein Memristor", erklärt Michele Spagnolo. Die Forscher haben mit Hilfe von Simulationen gezeigt, dass ein optisches Netzwerk, das Quanten-Memristoren enthält, in der Lage sein wird, Probleme sowohl auf klassische als auch auf Quantenebene zu lösen. Dies wiederum deutet darauf hin, dass der Quanten-Memristor der Baustein sein könnte, der künstliche Intelligenz und Quantencomputer miteinander verbindet. Klassische Memristoren werden derzeit in der Forschung zu neuromorphen Computerplattformen eingesetzt. Daher glaubt das italienisch-österreichische Team, dass der Quantenmemristor zu quantenneuromorphen Netzwerken beitragen könnte.