Tutkijat ovat hyödyntäneet tekoälyä kehittääkseen yksinkertaisemman lähestymistavan kvanttitilojen saavuttamiseksi alkeishiukkasten välillä, mikä voisi johtaa helpommin saavutettaviin kvanttipohjaisiin teknologioihin. Kvanttitila syntyy, kun hiukkaset, kuten fotonit, kytkeytyvät toisiinsa siten, että ne voivat jakaa kvanttiominaisuuksia—esimerkiksi tietoa—minkä tahansa etäisyyden päässä. Tämä ilmiö on ratkaiseva kvanttipiirteissä ja on keskeinen tekijä, joka parantaa kvanttitietokoneiden tehoa. Kuitenkin näiden kytkettyjen tilojen luominen on historiallisesti ollut vaikeaa tutkijoille. Tämä monimutkaisuus johtuu tarpeesta valmistella kaksi erillistä kytkettyjen hiukkasten paria ja sitten suorittaa mittaus—tunnettu nimellä Bell-tilan mittaus—yhdestä hiukkasesta kummastakin parista arvioidakseen niiden kytkeytymisen voimakkuutta. Tällaiset mittaukset johtavat väistämättä kvanttisysteemin romahtamiseen, mikä saa kaksi mittaamatonta fotonia kytkeytymään toisiinsa ilman suoraa vuorovaikutusta. Tätä menetelmää, jota kutsutaan "kytkemisvaihdoksi", voidaan soveltaa kvanttiteloportaatiossa. Äskettäin 2. joulukuuta 2024 julkaistussa tutkimuksessa, joka ilmestyi Physical Review Letters -lehdessä, tutkijat käyttivät PyTheusta, erityisesti kvantti-optisia kokeita varten suunniteltua tekoälytyökalua. Alun perin kirjoittajat aikovat toistaa olemassa olevia protokollia kytkemisvaihdosta kvanttikommunikaatiossa.

Kuitenkin tekoäly suositteli jatkuvasti huomattavasti yksinkertaisempaa menetelmää fotonikytkeytymisen saavuttamiseksi. "Kirjoittajat kouluttivat neuroverkkoa moninaisella tietosarjalla, joka sai aikaan tämän tyyppisen kokeen asetelman eri olosuhteissa, ja verkko oppi taustalla olevat fysiikan lainalaisuudet", selitti Sofia Vallecorsa, CERNin kvanttipohjaisten teknologioiden aloitteen tutkimusfyysikko, joka ei ollut osa tutkimusta. Tekoäly ehdotti, että kytkeytyminen saattaisi syntyä fotonien erottamattomista poluista; kun useita mahdollisia fotonilähteitä on läsnä ja niiden alkuperät tulevat epäselviksi, kytkeytymistä voidaan luoda siellä, missä sitä aikaisemmin ei ollut. Alkuperäisestä skeptisyydestä huolimatta tutkijat havaitsivat tekoälyn ratkaisun olevan toistuvasti pätevä, mikä sai heidät testaamaan sitä. Säätelemällä fotonien lähteitä niin, että ne muuttuvat erottamattomiksi, he loivat olosuhteet, joissa tiettyjen polkujen fotonien havaitseminen varmisti, että kaksi muuta fotonia tuotettiin kytkettynä. Tämä edistysaskel yksinkertaistaa kvanttitilan muodostamista, mikä voisi muuttaa kvanttiverkkoja, joita käytetään turvallisessa kommunikaatiossa, ja tehdä näistä teknologioista käytännöllisempiä. "Mitkä tahansa suoraan riippuvaiset teknologiat, niitä voidaan kehittää laajemmalle sovellusalueelle", Vallecorsa kommentoi. "Kyky rakentaa monimutkaisempia verkkoja erilaisilla geometrian muodoilla voi vaikuttaa merkittävästi yksittäiseen end-to-end-skenaarioon. " On vielä nähtävissä, voidaanko tätä teknologiaa laajentaa kaupallisesti kannattavaksi prosessiksi ympäristöön liittyvien häiriöiden ja laitevirheiden mahdollisten ongelmien vuoksi, jotka saattavat vakauttaa kvanttisysteemiä. Lisäksi tutkimus korostaa tekoälyn arvoa tutkimusvälineenä fysiikassa. "Tutkimme tekoälyn integroimista edelleen, mutta jotkin skeptisyysnäkökohdat jatkuvat fyysikoiden tulevasta roolista tässä kehittyvässä kentässä", Vallecorsa huomautti. "Tämä osoittaa merkittävän mahdollisuuden ja näyttää, kuinka tekoäly voi toimia arvokkaana työkaluna fyysikoille. "