Un equip internacional liderat per investigadors de l’Institut de Física Interdisciplinària i Sistemes Complexos (IFISC, UIB CSIC) ha proposat l’ús d’estats gaussians per fer tasques de computació de dipòsits (reservoir computing) tant en el règim quàntic com en el clàssic. El treball es publica a Communications Physics.

L’article demostra que la computació de dipòsits quàntica que opera amb fonts gaussianes amb variables contínues és universal per al processament de sèries temporals, fins i tot amb fluctuacions quàntiques en el buit i a temperatura ambient. Fins ara, la implementació de la computació de dipòsits s’havia explorat només amb variables discretes, com són els espins, per la qual cosa generalitzar-ne la implementació també amb variables contínues obre la possibilitat d’implementar aplicacions experimentals futures basades en el camp de la fotònica. També varen demostrar que aquestes noves fonts gaussianes són suficients per aconseguir la universalitat. Això implica que permeten resoldre qualsevol problema que ja es pogués resoldre mitjançant les tècniques de computació de dipòsits conegudes fins ara.

El descobriment que és suficient entrenar només les connexions que porten a la capa de sortida final en les xarxes neuronals recurrents sense cap pèrdua aparent de potència de càlcul va donar lloc al naixement de la computació de dipòsits. Aquesta característica és possible utilitzant la capacitat computacional, l’espai d’estat d’alta dimensió i la memòria dels sistemes complexos genèrics, la qual cosa li dona més llibertat d’enginyeria que la computació tradicional o les xarxes neuronals recurrents. D’altra banda, la computació de dipòsits quàntica és un camp emergent entre les tècniques d’aprenentatge automàtic, destacant les seves aplicacions en intel·ligència artificial i en l’anàlisi de dades temporals, com són les sèries temporals caòtiques o l’equalització de canals.

El model proposat en l’estudi pot adaptar-se a moltes plataformes clàssiques i quàntiques modelades per variables contínues en xarxes lineals. Els investigadors afirmen que aquest treball revela el potencial dels sistemes òptics quàntics per a la computació de dipòsits quàntica. 

Gaussian states provide universal and versatile quantum reservoir computing. Nokkala, Johannes; Martínez-Peña, Rodrigo; Giorgi, Gian Luca; Parigi, Valentina; Soriano, Miguel C. and Zambrini, Roberta. Communications Physics. DOI: 10.1038/s42005-021-00556-w.

Foto: Instituto de Física Interdisciplinar y Sistemas Complejos.