2284
Фізики Стенфордського університету перетворили мережу ультрахолодних атомів і фотонів на асоціативну пам’ять — систему, здатну відновлювати повний образ за неповною інформацією. У невеликому експерименті квантово-оптична «спінова склянка» зберігала й відтворювала до семи разів більше шаблонів, ніж класична мережа Гопфілда такого самого розміру.
Асоціативна пам’ять працює приблизно так, як впізнавання знайомого обличчя на розмитому фото. Система отримує неповний або пошкоджений шаблон і повинна знайти найближчий повний образ серед тих, які зберігала раніше.
У 1982 році фізик Джон Гопфілд запропонував математичну модель такої пам’яті на основі мережі взаємодіючих спінів. Його ідеї стали одним із фундаментів сучасних нейронних мереж і були відзначені Нобелівською премією з фізики 2024 року.
Класична мережа Гопфілда має межу місткості. Якщо записати в неї надто багато спогадів, енергетичний ландшафт стає заплутаним і система переходить у стан, схожий на спінову склянку. У звичайній моделі це заважає правильно відновлювати інформацію.
Команда Бенджаміна Лева спробувала використати сам спін-скляний стан як ресурс. У вакуумній камері дослідники створили масив конденсатів Бозе — Ейнштейна. Кожен такий кластер містив щонайменше близько 10 тисяч атомів, які поводилися як один великий квантовий спін.
Масив розміщували всередині оптичного резонатора з двох вигнутих дзеркал. Фотони багато разів відбивалися між дзеркалами й створювали довготривалі взаємодії між різними атомними кластерами — функціональний аналог великої кількості зв’язків між нейронами.
У результаті система могла переходити між різними низькоенергетичними конфігураціями, кожна з яких представляла окремий «спогад». Для перевірки дослідники використовували мережі розміром до 20 спінів.
Квантово-оптична система показала місткість до семи разів більшу, ніж традиційна мережа Гопфілда з тією самою кількістю спінів. Вона могла отримати частково спотворений вхідний шаблон і відновити відповідну повну конфігурацію.
Додатково команда побачила короткочасну пластичність: фотони змінювали ефективні зв’язки між атомами залежно від попередньої активності. Дослідники порівнюють це з тим, як сила синаптичних зв’язків у мозку тимчасово змінюється під час навчання.
Поки це лабораторний доказ принципу, а не готовий квантовий процесор для штучного інтелекту. Установка працює з ультрахолодними атомами у вакуумі й має невелику кількість спінів. Наступні етапи передбачають масштабування системи та вивчення того, чи можна використати квантове заплутування для ще складнішої пам’яті.
