Дослідники використали штучний інтелект (ШІ) для розробки простішого підходу до досягнення квантової заплутаності між субатомними частинками, що може призвести до більш доступних квантових технологій. Квантова заплутаність виникає, коли частинки, такі як фотони, стають взаємопов’язаними таким чином, що дозволяє їм ділитися квантовими властивостями—такими як інформація—на будь-якій відстані. Це явище є критично важливим у квантовій фізиці і є ключовим елементом, що підвищує потужність квантових комп'ютерів. Однак створення цих заплутаних станів historically складним для вчених. Ця складність виникає з необхідності підготувати дві різні пари заплутаних частинок, а потім провести вимірювання—відоме як вимірювання стану Белла—на фотоні з кожної пари, щоб оцінити силу їхньої заплутаності. Такі вимірювання неминуче призводять до колапсу квантової системи, в результаті чого два невиміряні фотони стають заплутаними, не взаємодіючи безпосередньо. Цей метод, званий "обміном заплутаністю", має потенційні застосування в квантовій телепортації. У недавньому дослідженні, опублікованому 2 грудня 2024 року в журналі Physical Review Letters, дослідники використали PyTheus, інструмент ШІ, спеціально розроблений для створення квантово-оптичних експериментів. Спочатку автори прагнули відтворити існуючі протоколи для обміну заплутаністю в квантовій комунікації.

Проте ШІ постійно рекомендував значно простіший метод досягнення заплутаності фотонів. "Автори навчили нейронну мережу на різноманітних даних, що детально описують налаштування цього типу експерименту в різних умовах, і мережа вивчила основи фізики", пояснила Софія Валлекорса, фізик-дослідник ініціативи квантових технологій CERN, яка не брала участі в дослідженні. ШІ запропонував, що заплутаність може виникати з нерозрізнянних шляхів фотонів; коли присутні декілька потенційних джерел фотонів, і їх походження стає нечітким, заплутаність може бути згенерована там, де раніше її не існувало. Незважаючи на початковий скептицизм, дослідники неодноразово підтвердили дійсність рішення ШІ, що спонукало їх до його тестування. Змінивши джерела фотонів, щоб зробити їх нерозрізнянними, вони встановили умови, за яких виявлення фотонів з певних шляхів гарантувало, що два інші фотони були вироблені в заплутаному стані. Це досягнення спрощує формування квантової заплутаності, потенційно трансформуючи квантові мережі, використовувані для безпечної комунікації, роблячи ці технології більш практичними. "Чим більше ми можемо покладатися на прості технології, тим ширший спектр застосувань ми можемо розвивати, " зауважила Валлекорса. "Здатність конструювати більш складні мережі з різноманітною геометрією може суттєво вплинути на сценарій "один кінець у кінці". Ще не відомо, чи може ця технологія бути масштабована в комерційно життєздатний процес через потенційні проблеми з екологічними перешкодами та недосконалістю пристроїв, які можуть дестабілізувати квантову систему. Крім того, дослідження підкреслює цінність ШІ як дослідницького активу в фізиці. "Ми досліджуємо подальшу інтеграцію ШІ, але певний скептицизм зберігається щодо майбутньої ролі фізиків у цій еволюційній картині, " зазначила Валлекорса. "Це демонструє remarkable opportunity і показує, як ШІ може служити цінним інструментом для фізиків. "