Ensimmäiset askeleet kohti kvantti-aivoja

Älykäs materiaali, joka oppii muuttamalla fyysisesti itseään, samaan tapaan kuin ihmisen aivot toimivat, voisi olla perusta täysin uudelle sukupolvelle tietokoneita.

Radboud Universityn fyysikot, jotka tutkivat ajatusta "kvantti-aivoista", ovat saavuttaneet tärkeän askeleen. He ovat osoittaneet voivansa kuvioida ja yhdistellä yksittäisten atomien verkkoa ja siten jäljitellä aivojen neuronien ja synapsien autonomista käyttäytymistä.

Nykytekniikan datakeskukset kuluttavat yhä rankemmin maailman energiavaroja. 'On selvää, että on löydettävä uusia strategioita informaation tallentamiseksi ja käsittelemiseksi energiatehokkaalla tavalla', kertoo projektin johtaja Alexander Khajetoorians.

'Tämä vaatii paitsi tekniikan parantamista myös perustutkimusta toiminnan lähestymistavassa. Uusi ajatuksemme rakentaa "kvantti-aivot", joka perustuu materiaalien kvanttiominaisuuksiin, voisi olla perusta tuleville tekoälyn sovelluksien ratkaisuille."

Jotta tekoäly toimisi, tietokoneen on kyettävä tunnistamaan malleja ja oppimaan uusia. Nykykoneet tekevät tämän koneoppimisohjelmiston kautta, joka ohjaa informaation tallentamista ja käsittelyä erilliselle tietokoneen kiintolevylle.'' Tähän asti tämä vuosisadan vanhaan paradigmaan perustuva tekniikka on toiminut riittävästi. Loppujen lopuksi se on kuitenkin energian suhteen tehoton prosessi '', taustoittaa professori Bert Kappen.

Radboudin yliopiston fyysikot tutkivat, voisiko jokin laitteisto tehdä saman ilman ohjelmistoja. He havaitsivat, että rakentamalla kobolttiatomien verkoston mustalle fosforille he pystyivät rakentamaan materiaalin, joka tallentaa ja käsittelee informaatiota samalla tavoin kuin aivot, ja mikä vielä yllättävämpää, mukautuu itsestään.

Vuonna 2018 Khajetoorians ja kumppanit osoittivat, että informaatiota on mahdollista tallentaa yhdessä kobolttiatomissa. Soveltamalla atomiin jännitettä he saattoivat aiheuttaa "iskun", jossa atomi vaihtaa arvon 0 ja 1 välillä satunnaisesti, aivan kuten yksi neuronisolu. Nyt he ovat löytäneet tavan luoda räätälöityjä kokoonpanoja näistä atomeista ja huomanneet, että näiden koosteiden käyttäytyminen ”iskuihin” jäljittelee tekoälyssä käytetyn aivomaisen mallin käyttäytymistä.

Piikittävien neuronien käyttäytymisen tarkkailun lisäksi he pystyivät luomaan pienimmän tähän mennessä tunnetun synapsin. Tietämättään he havaitsivat, että näillä koosteilla oli luonnostaan mukautuva ominaisuus: heidän synapsinsa muuttivat käyttäytymistään riippuen siitä, millaisen tulon ne "näkivät".

Stimuloimalla materiaalia pidemmän ajanjakson ajan tietyllä jännitteellä, olimme hyvin yllättyneitä siitä, että synapsit todella muuttuivat. Materiaali mukautti reaktionsa saatujen ulkoisten ärsykkeiden perusteella. Se oppi itsestään', Khajetoorians sanoo yliopistonsa tiedotteessa.

Jatkossa tutkijat keskittyvät aiheen tutkimiseen ja kehittämiseen sillä sen käyttäytyminen on heillekin edelleen mysteeri.