Исследователи физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова вместе с партнерами из ФИАН РАН детально изучили поведение квантового мемристора на одиночном ионе Yb 171 плюс и нашли точное решение описывающих его уравнений. Этот прорывной элемент может лечь в основу перспективных квантовых нейросетей.
Мемристор как вычислительная основа
Мемристор — запоминающий элемент, сопротивление которого определяется его предшествующими состояниями. Способность объединять хранение данных с вычислениями делает их ценными для нейроморфных систем. Квантовая версия мемристора оперирует сигналами квантовой природы, открывая путь для управления квантовой информацией и построения высокоэффективных квантовых вычислительных нейросетей.
Ионная платформа МГУ и ФИАН
Концепция устройства на сверххолодных ионах в ловушках Пауля была впервые предложена соавторами из МГУ и ФИАН в 2023 году. Выбранная платформа — ион Yb 171 плюс. Сигналами выступают заселенности его уровней, изменяемые резонансными лазерными импульсами. Эти импульсы вызывают ритмичные переключения между уровнями в трехуровневой системе.
Аналитическое решение
Ученые исследовали случай, когда лазерные импульсы разделены во времени. Эта ситуация упрощает исходные уравнения, позволяя найти строгое решение. Удалось выразить входные/выходные сигналы мемристора и управляющий параметр через характеристики импульсов. Последовательное действие импульсов наглядно демонстрирует поведение вычислительного элемента и расширяет информационные возможности, подчеркивается в работе.
Управление гистерезисом
Особое значение имеет параметр T из уравнения обратной связи — он регулирует вид петли гистерезиса, ключевой черты мемристора. Управление T позволяет тонко настраивать поведение устройства, что критично для обучения адаптивных нейроморфных систем. Это обеспечивает контролируемое управление состояниями квантового элемента через обратную связь.
Унификация платформ
Значимым итогом стала запись параметров ионного мемристора в формализме, изначально созданном для фотонных систем. Теперь алгоритмы фотонных квантовых мемристоров можно применять к ионным платформам, а разработанный математический инструментарий использовать для изучения иных ионов.
Перспективы развития
Такая стандартизация открывает дорогу к межплатформенным стандартам. Она упростит прямое сравнение производительности различных устройств и позволит использовать алгоритмы разработки вычислительных систем, независимо от их технической основы. Это важный шаг к созданию универсальных квантовых нейросетей.
