Les chercheurs de l'École d'ingénierie de l'Université des sciences et de la technologie de Hong Kong (HKUST) ont dévoilé une innovation qui rapproche l'intelligence artificielle (IA) de l'informatique quantique – à la fois physiquement et technologique.
Dirigée par le professeur Shao Qiming, professeur adjoint au Département de génie électronique et informatique, l'équipe de recherche a développé un nouveau schéma informatique qui fonctionne à des températures extrêmement basses. En tant que progression critique de l'informatique quantique, il peut réduire considérablement la latence entre les agents de l'intelligence artificielle (IA) et les processeurs quantiques tout en augmentant l'efficacité énergétique. La solution a été rendue possible en utilisant une technologie spéciale connue sous le nom de dispositifs magnétiques Hall-Bar Isolateur topologique.
Cette dernière invention relève un défi majeur concernant l'environnement opérationnel et les exigences matérielles des ordinateurs quantiques, dans un intérêt croissant pour la fusion de l'informatique quantique – considérablement considérée comme l'avenir de l'informatique à grande vitesse et à haut rendement, avec l'intelligence artificielle – une technologie à évolution rapide.
Le professeur Shao a déclaré: « Les ordinateurs quantiques, qui exploitent des milliers de bits quantiques (qubits) pour des calculs complexes, sont largement considérés comme l'avenir du calcul rapide et économe en énergie. Pour réaliser pleinement ce potentiel, les chercheurs se sont récemment tournés vers les techniques d'apprentissage automatique pour leur rôle important dans l'amélioration des capacités de calcul quantique, en particulier dans les corrections d'erreurs. »
Comme les processeurs quantiques fonctionnent généralement à des températures Milli-Kelvin (environ -273 ° C), ils sont souvent installés à plusieurs mètres des unités graphiques à température ambiante (GPU), provoquant une latence substantielle. Pour résoudre ce problème, le professeur Shao et son équipe ont proposé un nouveau schéma informatique cryogénique en mémoire qui permet aux accélérateurs d'IA de travailler beaucoup plus près des processeurs quantiques. Maintenant, ils peuvent opérer à quelques dizaines de centimètres d'intervalle, améliorant la vitesse et l'efficacité.
Les chercheurs ont reconnu que les isolateurs topologiques magnétiques étaient devenus des matériaux prometteurs pour cette application. Ces matériaux ont non seulement de grands écarts d'énergie en vrac comme ceux des isolateurs, mais également des états sur des surfaces ou des bords.
Il a été constaté qu'ils présentent des phénomènes uniques comme une grande efficacité de génération de courant de spin lié au verrouillage de spin-momentum des états de surface (un phénomène qui limite l'orientation de la spin perpendiculaire à l'élan électronique) et l'effet de salle anormal quantique en raison des états de bord chiral (un phénomène qui contraint les électrons en se déplaçant le long du bord en fonction de leur direction de l'élan dans l'absaction d'un champ magnétique).
Pour cette étude, l'équipe a sélectionné un type spécifique d'isolant topologique magnétique connu sous le nom de bismuth-antimoine dopé au chrome-téride (CR-BST). Le matériau s'est démarqué de sa capacité prouvée à fournir une résistance géante à la salle anormale quantique et une commutation d'aimantation induite par le courant efficace, ce qui pourrait améliorer les performances des dispositifs de hall.
Le professeur Shao a déclaré: « Cette percée marque la première démonstration du schéma de sommation du courant de la salle pour l'informatique en mémoire de faible puissance, en particulier à des températures cryogéniques. Notre réseau de salles hall-bar magnétique d'isolant topologique permet une mise en œuvre efficace des algorithmes d'apprentissage du renforcement, tels que la préparation de l'état quantique, processeurs presque quantiques. »
Alors que les conceptions précédentes utilisant des ferromagnets conventionnels comme les alliages de cobalt-cobalt de fer ont été confrontés à des défis tels que des signaux faibles et des sentiers sournois, la conception du circuit de la gamme Hall-Bar dans la présente étude a montré un succès remarquable. Dans les tâches de classification de la preuve de concept, quatre dispositifs CR-BST Hall-Bar ont atteint une précision élevée tandis que des simulations de 512 × 512 réseaux neuronaux ont indiqué un niveau de performance de 724 opérations TERA par seconde par watt (haut / W) pour les tâches liées à la reconnaissance de l'image et à la préparation de l'état quantum à 2 k (300 K pour la température ambiante des pièces).
La recherche, intitulée « Computing en mémoire cryogénique à l'aide d'isolateurs topologiques magnétiques » et publié dans Matériaux de la naturenon seulement met en évidence le potentiel des isolateurs topologiques magnétiques, mais ouvre également de nouvelles voies pour les schémas informatiques topologiques basés sur la physique quantique.
Dans l'attente, le professeur Shao et son équipe s'efforceront de réduire davantage la latence pour la formation et la formation en ligne en intégrant les agents d'IA aux unités de formation, et espèrent ouvrir des applications informatiques quantiques plus efficaces.
