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ELETTRONICA OGGI 502 - MAGGIO 2022 21 TECH INSIGHT SERPENTONE L’intelligenza artifi- ciale è impiegata in diverse applicazioni come l’interpretazione del parlato, il ricono- scimento di immagini e la diagnostica me- dica. È stato anche di- mostrato che, tramite le tecnologie quanti- stiche, si può avere un potere di calcolo supe- riore a quello dei mag- giori supercalcolatori. Alcuni fisici del Con- siglio nazionale delle ricerche, del Politecni- co di Milano e dell’U- niversità di Vienna, hanno messo a punto un dispositivo, chiamato quantummemristor, che potrebbe permettere di combinare l’intelligenza artificiale e il calcolo quantistico, schiudendo potenzialità senza precedenti. L’e- sperimento è stato realizzato in un processore quantistico integrato, funzionante con singoli fotoni. Il lavoro è pubbli- cato su Nature Photonics e ha ricevuto la copertina del nu- mero di aprile della rivista. Gli algoritmi di intelligenza artificiale si basano su modelli matematici chiamati reti neurali, ispirati alla struttura bio- logica del cervello umano, che si compone di nodi intercon- nessi (i neuroni). Così come nel nostro cervello il processo di apprendimento è basato sul riarrangiamento delle connes- sioni tra i neuroni, le reti neurali artificiali possono essere “allenate” su un insieme di dati noti che ne modificano la Un neurone artificiale quantistico grazie ai fotoni Alessandro Nobile struttura interna, rendendola capace di svolgere compi- ti “umani” quali il riconoscimento di un volto, l’interpre- tazione di immagini mediche per diagnosticare malattie e persino la guida di un’automobile. Per questo, sono in corso attività di ricerca, a livello accademico e industriale, volte a ottenere dispositivi integrati e compatti capaci di svolgere le operazioni matematiche richieste per il funzionamento delle reti neurali inmodo rapido ed efficiente. Memristor: il punto di svolta Un punto di svolta in questo campo è stata la scoperta del memory-resistor o memristor, un componente che cambia la sua resistenza elettrica sulla base di una memoria della corrente che l’ha attraversato. Gli scienziati si sono accor- ti che tale funzionamento è sorprendentemente simile a quello delle sinapsi neurali, cioè i collegamenti tra i neuroni nel cervello, e il memristor è diventato un componente fon- damentale con cui costruire architetture neuromorfe, cioè forgiate a modello del nostro cervello. Un gruppo di fisici sperimentali guidati da Roberto Osel- lame, dirigente di ricerca dell’Istituto di fotonica e nano- tecnologie del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Ifn), e Philip Walther, professore dell’Università di Vienna, in collaborazione con Andrea Crespi, professore associato del Politecnico di Milano, ha dimostrato che è possibile inge- gnerizzare un dispositivo ottico con le stesse caratteristiche funzionali del memristor, capace di operare su stati quanti- stici della luce e così codificare e trasmettere informazioni quantistiche: un quantummemristor. Realizzare un tale dispositivo non è banale, poiché le dina- miche del memristor tenderebbero a compromettere alcuni aspetti vantaggiosi dei dispositivi quantistici. I ricercatori del Cnr-Ifn hanno superato questa sfida impiegando sin- goli fotoni (singole particelle di luce) e sfruttando la loro possibilità quantistica di propagarsi simultaneamente in due o più percorsi. Questi fotoni sono condotti in cosiddetti circuiti ottici, fabbricati mediante impulsi laser in un chip di vetro, dinamicamente riconfigurabili, che possono sup- portare stati quantistici di sovrapposizione su diversi per- corsi. Misurando il flusso di fotoni che si propaga su uno di questi percorsi è possibile, tramite un complesso schema di feedback elettronico, riconfigurare la trasmissione del di- spositivo sull’altra uscita, e questo consente di ottenere una funzionalità equivalente a quella del memristor. È stata anche simulata una intera rete ottica composta di quantummemristor che potrebbe essere impiegata per ap- prendere compiti sia classici che quantistici. Quest’ultimo risultato sembra suggerire che il quantummemristor possa essere il collegamento mancante tra l’intelligenza artificia- le e la computazione quantistica. Questi nuovi risultati rap- presentano un passo in avanti, verso un futuro in cui l’intel- ligenza artificiale quantistica sarà realtà. Alcuni fisici del Consiglio nazionale delle ricerche, del Politecnico di Milano e dell’Università di Vienna, hanno messo a punto un dispositivo, chiamato quantummemristor, che potrebbe permettere di combinare l’intelligenza artificiale e il calcolo quantistico, schiudendo potenzialità senza precedenti