Kvanttimateriaali keventää tekoälyn energiantarvetta

Tutkijat ovat kehittäneet uutta piiritekniikkaa tekoälylle.

Palapelien ratkaisemiseksi tai pelin pelaamiseksi tekoäly (AI) voi vaatia tuhansilla tietokoneilla toimivia ohjelmistoja ja niiden energiakäyttöä.

Tekoälyn ominaisuuksien jakaminen laitteiston ja ohjelmiston välillä tasoittaisi tekoälyn käyttämiseen tarvittavan energiaa edistyneemmissä sovelluksissa, kuten itse ajavissa autoissa tai lääkkeiden etsinnässä.

”Ohjelmisto ottaa vastaan suurimman osan tekoälyn haasteista. Jos pystyt sisällyttämään älykkyyttä piirikomponentteihin ohjelmistoissa tapahtuvan lisäksi, voisit tehdä asioita, joita ei yksinkertaisesti voida tehdä tänään”, visioi Purduen yliopiston materiaalitekniikan professori Shriram Ramanathan.

”Tekoälyn laitteistokehitys on vielä alkuvaiheessa. Tutkijat ovat osoittaneet tekoälyn potentiaalin laitteistoina, mutta eivät ole vielä käsitelleet tekoälyn suurta energiantarvetta.”

Ramanathanin johtama usean yliopiston tutkijoiden ryhmä esittelee ensimmäisenä keinotekoisen ”puumaisen” muistin osana potentiaalista huonelämpöistä laitteistoa.

Ryhmän kehittämä laitteisto on valmistettu ns. kvanttimateriaalista. Näissä materiaaleissa tunnetaan ominaisuuksia joita ei voida selittää klassisella fysiikalla.

Ohjelmisto käyttää puumaista muistia tietojen järjestämiseen erilaisiin ”haaroihin”, mikä helpottaa tiedon hankkimista uusien taitojen tai tehtävien oppimisessa.

Strategia on inspiroitu siitä, kuinka ihmisen aivot luokittelevat tiedot ja tekevät päätöksiä. Ihmiset muistavat asiat luokkien puurakenteessa. Esimerkiksi 'omena' on luokassa 'hedelmät' ja 'norsu' kategoriassa 'eläin'.

Ryhmä raportoi puumaisen johtavuustilan kokeellista toteutumista huoneenlämpötilassa voimakkaasti korreloivissa perovskite-nikelaateissa moduloimalla protonijakaumaa nopeiden sähköimpulssien avulla. Jokainen uusi protonin sijainti luo erilaisen resistanssitilan, joka luo informaation tallennuspaikan, jota kutsutaan muistitilaksi. Useat sähköpulssit luovat haaran, joka koostuu muistitiloista. Näin tutkijat saattoivat rakentaa materiaaliin tuhansia muistitiloja hyödyntämällä sen kvanttimekaanisia vaikutuksia.

Materiaalissa löydettyjen ominaisuuksien simulointien avulla ryhmä osoitti, että materiaali kykenee oppimaan numerot 0–9. Numeroiden oppimiskyky on keinotekoisen älykkyyden perustesti.

Tällaisten puumaisuuksien osoittaminen huoneenlämpöisessä materiaalissa on askel kohti sitä, että laitteisto voi ottaa hoitaakseen ohjelmiston tehtäviä.

"Tämä löytö avaa tekoälylle uusia rajoja, jotka on suurelta osin jätetty huomiotta, koska tällaisen älykkyyden käyttöönottoa sähköiseen laitteistoon ei ole ollut", Ramanathan sanoi.

Aineisto saattaa myös auttaa luomaan tavan ihmisille kommunikoida luonnollisemmin tekoälyn kanssa.

”Protonit ovat myös luonnollisia informaation kuljettajia ihmisissä. Protonikuljetuksen mahdollistama laite voi olla avainkomponentti suoran yhteydenpidon saavuttamiseksi organismien kanssa, esimerkiksi aivoimplantin kautta”, Zhang sanoi.

Aiheesta aiemmin:

Aivomaista tietotekniikkaa

Tarkempia ja tehokkaampia memristoreita