Forskere har udnyttet AI til at udvikle en enklere tilgang til at opnå kvanteforvikling mellem subatomare partikler, hvilket kan føre til mere tilgængelige kvante-teknologier. Kvanteforvikling opstår, når partikler, som fotoner, bliver sammenkoblede på måder, der gør det muligt for dem at dele kvanteegenskaber—som information—over enhver afstand. Dette fænomen er afgørende i kvantefysik og udgør et nøgleelement, der styrker kvantecomputers kapacitet. Det har dog historisk set været vanskeligt for forskere at skabe disse forviklede tilstande. Denne kompleksitet skyldes behovet for at forberede to distinkte par af forviklede partikler og derefter udføre en måling—kendt som en Bell-tilstands-måling—på en foton fra hvert par for at vurdere styrken af deres forvikling. Sådanne målinger fører uundgåeligt til kollaps af det kvante-system, hvilket resulterer i, at de to umålte fotoner bliver forviklede uden at have interageret direkte. Denne metode, kaldet "forviklings-swapping, " har potentielle anvendelser i kvante-teleportation. I en nylig undersøgelse offentliggjort den 2. december 2024 i tidsskriftet Physical Review Letters anvendte forskerne PyTheus, et AI-værktøj specielt designet til at skabe kvante-optiske eksperimenter. Oprindeligt havde forfatterne til hensigt at replikere eksisterende protokoller for forviklings-swapping i kvantekommunikation.

Dog anbefalede AI'en konsekvent en betydeligt mere ligetil metode til at opnå foton-forvikling. "Forfatterne trænede et neuralt netværk på et varieret datasæt, der detaljerede opsætningen af denne type eksperiment under forskellige forhold, og netværket lærte den underliggende fysik, " forklarede Sofia Vallecorsa, en forskningsfysiker fra CERN’s kvante-teknologi-initiativ, som ikke var en del af studiet. AI’en foreslog, at forvikling kunne opstå fra de uadskillelige stier af fotoner; når der er flere potentielle kilder til fotoner til stede og deres oprindelse bliver uklar, kan der genereres forvikling, hvor der tidligere ikke eksisterede nogen. På trods af initial skepsis fandt forskerne AI’ens løsning gentagne gange gyldig, hvilket fik dem til at teste den. Ved at justere kilderne til fotonerne for at gøre dem uadskillelige, etablerede de forhold, hvor det at detektere fotoner fra specifikke stier sikrede, at to andre fotoner blev produceret i en forviklet tilstand. Denne fremgangsmåde forenkler dannelsen af kvanteforvikling, hvilket potentielt kan transformere kvantenetværk anvendt til sikker kommunikation, hvilket gør disse teknologier mere praktiske. "Jo mere vi kan stole på ligetil teknologi, desto bredere kan vi udvikle anvendelser, " bemærkede Vallecorsa. "Muligheden for at konstruere mere komplekse netværk med forskellige geometrier kan betydeligt påvirke det enkelte end-to-end-scenarie. " Det er endnu uvist, om denne teknologi kan skaleres til en kommercielt levedygtig proces på grund af potentielle problemer med miljømæssig interferens og enhedens imperfektioner, der kan destabilisere det kvante-system. Derudover understreger studiet værdien af AI som en forskningsressource i fysik. "Vi udforsker integrationen af AI yderligere, men der er en vis skepsis med hensyn til fysikernes fremtidige rolle i dette udviklende landskab, " bemærkede Vallecorsa. "Dette viser en bemærkelsesværdig mulighed og viser, hvordan AI kan fungere som et værdifuldt værktøj for fysikere. "