Квантовая запутанность позволит дронам и роботам «общаться» без связи
Исследователи из Виргинского технологического института (США) представили революционный метод, позволяющий группам роботов или дронам координировать действия и обмениваться информацией в условиях полного отсутствия традиционной связи. Новая технология основана на принципах квантовой запутанности и искусственного интеллекта, что потенциально может решить одну из ключевых проблем в работе автономных систем в зонах бедствий или конфликтов.
Обычные группы роботов или дронов (мультиагентные ИИ-системы) для слаженной работы нуждаются в постоянном обмене данными по беспроводным каналам. Однако в таких критических ситуациях, как лесные пожары, разрушения после землетрясений или в условиях радиоэлектронного подавления, связь может быть полностью потеряна или заблокирована. До сих пор не существовало надёжного способа обеспечить совместное обучение и координацию машин без передачи сигналов.
Решение этой проблемы учёные нашли в квантовой механике. Они разработали новую архитектуру под названием eQMARL (entangled quantum multi-agent reinforcement learning), что можно перевести как «запутанное квантовое обучение с подкреплением для множества агентов». В её основе лежит феномен квантовой запутанности, при котором две частицы, например кубиты (квантовые биты), оказываются глубоко взаимосвязаны. Изменение состояния одного кубита мгновенно сказывается на состоянии другого, независимо от расстояния между ними, причём для этого не требуется передача какого-либо физического сигнала в пространстве.
В предлагаемой системе каждый робот или дрон получает свой набор запутанных кубитов. Когда агент взаимодействует со средой — например, обнаруживает препятствие или принимает решение, — он изменяет состояние своих кубитов. Благодаря запутанности, соответствующие изменения происходят и в кубитах у всех других агентов в группе. Ключевой момент заключается в том, что системе не нужно расшифровывать, какая именно информация была изменена. Достаточно самого факта изменения. Измеряя эти изменения локально, каждый участник группы получает полезные сведения о действиях коллектива в целом без какого-либо прямого обмена сообщениями.
В ходе тестирования новая методика eQMARL показала более высокую эффективность по сравнению с классическими ИИ-методами и не использующими запутанность квантовыми аналогами, особенно в сценариях со слабой или нестабильной связью.
Потенциальные области применения технологии обширны. В ближайшей перспективе она может быть использована для координации роев дронов, тушащих пожары, или роботов, ищущих выживших под завалами, там, где обычная связь недоступна. В долгосрочном плане это открывает путь к созданию сверхзащищённых каналов взаимодействия, полностью избегающих уязвимостей интернета и снижающих риски взлома или перехвата.
Однако у технологии есть и существенные ограничения. Создание и поддержание крупномасштабной устойчивой квантовой запутанности вне лабораторных условий по-прежнему является сложнейшей задачей, а практическое квантовое оборудование пока не обладает достаточной миниатюрностью и надёжностью для полевого развёртывания. По оценке одного из авторов исследования, аспиранта Александра Дерьё, до появления реальных приложений, таких как дроны для ликвидации последствий стихийных бедствий, может пройти от 10 до 15 лет. В настоящее время команда планирует совершенствовать математический фундамент своей разработки и тестировать её в более реалистичных условиях по мере прогресса квантовых технологий.
Исследование доступно в архиве препринтов .