Fyzika a umělá inteligence – vědci z UP využívají neuronové sítě k luštění kvantového provázání

Mezinárodní tým pod vedením vědců z katedry optiky Přírodovědecké fakulty UP vyvinul umělé neuronové sítě pro přesnou a rychlou analýzu kvantového provázání. Tento zajímavý jev, který byl dosud obtížný měřit a dekódovat, hraje klíčovou roli v nových kvantových technologiích. Výsledky tohoto výzkumu byly zveřejněny v renomovaném časopise Science Advances.

Kvantové provázání představuje jedinečný rysem mikrosvěta, nemá obdoby v klasické fyzice. Popisuje propojení částí fyzikálních systémů, bez ohledu na jejich vzdálenost - to, co se stane s jednou částicí v provázaném páru, určuje, co se stane s druhou částicí, a to i vzdálenou. Tento jev, ač odporující lidské intuici, má zásadní význam pro revoluční kvantové aplikace, jako je bezpečná komunikace (neodposlechnutelný přenos informací), kvantová teleportace, sestrojení kvantových počítačů a přesné snímání. Díky tomu dochází k výraznému posunu vědeckých hranic a formování budoucích technologií. Pro vědce však kvantifikace kvantové provázanosti byla dlouho náročným úkolem, vyžadovala předchozí znalosti o systému a omezené experimentální postupy.

Mezinárodní tým vědců z Olomouce, Stockholmu, Würzburgu, Oldenburgu a Princetonu vyvinul nový postup, který za použití umělých neuronových sítí umožňuje přímo vyčíslit provázání z neúplných měření a dosáhnout o řád vyšší přesnosti než dosud používané metody. Tým také představil přístup nezávislý na konkrétním měřícím zařízení, který umožňuje snadné zahrnutí dat z různých měřících postupů. "Dopady našeho výzkumu jsou značné. Spolehlivé určení provázanosti v kvantových systémech umožní jejich hlubší studium a otevírá cestu k efektivnímu vývoji kvantových sítí a senzorů," vysvětluje doktorand Dominik Koutný.

„Výsledek výzkumu, který zcela mění pohled na charakterizaci složitých kvantových systémů, je vyústěním několikaleté práce, na jejímž financování se podílela Grantová agentura ČR (projekt 21-18545S), Interní grantová agentura UP a katedra optiky PřF UP. Důležitou roli ve formování zahraniční vědecké spolupráce hrál také projekt HYPER-U-P-S v rámci H2020 výzvy QuantERA, na jehož financování se podílela Evropská Unie a Ministerstvo školství ČR,“ dodal Miroslav Ježek z katedry optiky.

Článek publikovaný v časopise Science Advances: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add7131

Laboratoř kvantové optiky katedry optiky PřF UP: quantum.opticsolomouc.org