Inteligentní materiál, který se učí fyzickými změnami

Inteligentní materiál, který se učí fyzickými změnami, podobně jako funguje lidský mozek, by mohl být základem pro celou novou generaci počítačů. Radboudovi fyzici usilující o tento takzvaný „kvantový mozek“ učinili důležitý krok. Ukázali, že mohou strukturovat a propojovat síť jednotlivých atomů a napodobovat autonomní chování neuronů a synapsí v mozku. Podávají zprávy o svém objevu v Přírodní nanotechnologie.

S rostoucí celosvětovou poptávkou po výpočetní kapacitě je zapotřebí stále více datových center, která všechna spotřebovávají stále větší množství energie. „Je jasné, že musíme najít nové strategie pro ukládání a zpracování informací energeticky efektivním způsobem,“ říká vedoucí projektu Alexander Khajetoorians, profesor mikroskopie skenovací sondy na Radboud University.

“To vyžaduje nejen zdokonalení technologie, ale také základní výzkum průkopnických přístupů.” Naše nová myšlenka budování „kvantového mozku“ na základě kvantových vlastností materiálů by mohla být základem pro budoucí řešení pro aplikace v umělé inteligenci. “

Kvantový mozek

Aby umělá inteligence fungovala, musí být počítač schopen rozpoznávat vzorce ve světě a učit se nové. Dnešní počítače to dělají pomocí softwaru pro strojové učení, který řídí ukládání a zpracování informací na samostatném pevném disku počítače. “Dosud tato technologie, která je založena na staletém paradigmatu, fungovala dostatečně dobře.” Nakonec však jde o energeticky velmi efektivní proces, “říká spoluautor Bert Kappen, profesor neuronových sítí a strojové inteligence.

Fyzici z Radboud University zkoumali, zda hardware dokáže totéž bez softwaru. Zjistili, že vybudováním sítě atomů kobaltu na černém fosforu mohou vybudovat materiál, který ukládá a zpracovává informace podobným způsobem jako mozek a kupodivu se adaptuje.

Úvod do kvantového mozku

Samoadaptující se atomy

V roce 2018 Khajetoorians a kolegové ukázali, že je možné ukládat informace ve stavu jediného atomu kobaltu. Přiložením napětí k atommohli by vyvolat „spálení“, při kterém atom náhodně osciluje mezi hodnotou 0 a 1, podobně jako neuron. Nyní našli způsob, jak vytvořit soubory těchto atomů na míru, a zjistili, že chování těchto souborů při ohni napodobuje chování modelu podobného mozku používaného v umělé inteligenci.

Kromě pozorování chování špičkových neuronů dokázali generovat nejmenší dosud známou synapse. Nevědomky zjistili, že tyto soubory mají inherentní adaptivní vlastnost: jejich synapse změnily své chování v závislosti na tom, jaký vstup „viděly“. “Když jsme materiál stimulovali určitým napětím po delší dobu, byli jsme velmi překvapeni, když jsme viděli, že se synapse skutečně změnily.” Materiál přizpůsobil svou reakci vnějším podnětům, které dostával. Naučilo se to samo, “říká Khajetoorians.

Výzkum a vývoj kvantového mozku

Vědci nyní plánují zvětšit systém a vybudovat větší síť atomů a také se ponořit do nových „kvantových“ materiálů, které lze použít. Musí také pochopit, proč se atomová síť chová tak, jak je. “Jsme ve stavu, kdy můžeme začít dávat do souvislosti základní fyziku s biologickými koncepty, jako je paměť a učení,” říká Khajetoorians.

“Kdybychom v určitém okamžiku dokázali z tohoto materiálu postavit skutečný stroj, mohli bychom postavit výpočetní zařízení s vlastním učením, která jsou energeticky efektivnější a menší než dnešní počítače.” Ale pouze když pochopíme, jak to funguje – a to je stále záhadou -, můžeme optimalizovat jeho chování a vyvinout jej do technologie. Je to velmi vzrušující doba. “

Odkaz: „Atomový Boltzmannův stroj, který se dokáže přizpůsobit“ Brian Kiraly, Elze J. Knol, Werner MJ van Weerdenburg, Hilbert J. Kappen a Alexander A. Khajetoorians, 1. února 2021, Přírodní nanotechnologie.
DOI: 10.1038 / s41565-020-00838-4

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Lipidy na membráně mozkových buněk jsou kvůli léčbě Alzheimerovy choroby většinou přehlíženy

Byly vytvořeny vazby mezi lipidovou nerovnováhou a onemocněním, kdy změny lipidů zvyšují tvorbu amyloidových plaků, což je rys Alzheimerovy choroby. Tato nerovnováha inspirovala...

Astrofyzici jsou překvapeni neočekávanými účinky černých děr mimo jejich vlastní galaxie

Umělecká kompozice supermasivní černé díry, která reguluje vývoj jejího prostředí. Autor obrázku: Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC) a Dylan Nelson (Illustris-TNG) Ve středu téměř každé...

Největší australský dinosaurus – jižní titán – právě vstoupil do knih rekordů!

Australotitan cooperensis, „Southern Titan of the Cooper“. Fotografický kredit: Vlad Konstantinov, Scott Hocknull © Eromanga Natural History Museum Co je to basketbalové hřiště tak...

„Paralelní reaktory“ na bázi fotonických krystalových vláken odhalují kolektivní analogie hmotných a solitárních molekul

A. Schéma paralelních optických solitonových reaktorů založené na dutině prstencového vláknového laseru s režimem blokování. Časová optomechanická (OM) mříž umožněná fotonickými krystalovými...

Drsná kůra, která se v noci ozývá, vede k objevení nových druhů

V lesích západní a střední Afriky se v noci ozývají hlasitá volání hybridů stromů - malých, býložravých savců, ale jejich zvuk se liší podle...

Newsletter

Subscribe to stay updated.