Tutkijat voivat saavuttaa tekoälyllisen yleispätevyyden yhdistämällä valon ja suprajohtavat komponentit

Kansallisen Mittaustekniikan Instituutin tutkijat esittävät uuden lähestymistavan suurten mittakaavojen tekoälyyn (AI) luottamalla valon ja suprajohtavien komponenttien integrointiin.

Aikaisemmat lähestymistavat yleisen älykkyyden saavuttamiseksi tekoälyjärjestelmissä ovat keskittyneet perinteisiin piimikko-mikroelektroniikkaan valon kanssa. Tässä lähestymistavassa on kuitenkin suuria esteitä. On paljon fyysisiä ja käytännön rajoituksia piisilikonin valmistuksessa, jossa yhdistyy sekä sähköisiä että valoherkkäisiä elementtejä.

Yleinen älykkyys on ”kyky omaksua tietoa eri aihealueilta ja käyttää tätä tietoa yhtenäisen maailmankuvan muodostamiseen”. Se vaatii eri tietolähteiden yhdistämistä ja tulisi johtaa yhtenäiseen ja sopeutuvaan maailmanmalliin. Yleisen älykkyyden suunnittelu ja laitteiston rakentaminen vaativat neurotieteen ja erittäin suurten integrointien periaatteiden soveltamista.

Uusi lähestymistapa on kuvattu Applied Physics Letters -julkaisussa AIP Publishingin toimesta.

Jeffrey Shainline on tutkimuksen kirjoittaja.

”Väitämme, että toimimalla matalassa lämpötilassa ja käyttämällä suprajohtavia sähköpiirejä, yksittäisen fotonin havaintolaite ja piisilikonin valolähteitä, avaamme tien rikkaan laskentafunktionaliteetin ja skaalautuvan valmistuksen suuntaan”, Shainline sanoi.

Skaalautuvat ja Toiminnalliset Tekoälylliset Kognitiiviset Järjestelmät

Tutkijoiden ja heidän uuden lähestymistapansa mukaan, valon ja monimutkaisten sähköpiirien yhdistäminen voisi johtaa tekoälyllisiin kognitiivisiin järjestelmiin, jotka ovat paljon skaalautuvampia ja toiminnallisempia kuin perinteiset lähestymistavat, jotka luottavat ainoastaan valoon tai sähköpiireihin.

”Se, mikä yllätti minua eniten, oli se, että optoelektroninen integrointi voi olla helpompaa työskenneltäessä matalassa lämpötilassa ja käyttäen suprajohtimia kuin työskenneltäessä huoneenlämmössä ja käyttäen puolijohtimia”, Shainline jatkoi.

Suprajohtavat fotonin havaintolaitteet voivat havaita yksittäisen fotonin, mutta puolijohtimien fotonin havaintolaitteet vaativat noin 1 000 fotonia. Piisilikonin valolähteet toimivat 4 kelvinin lämpötilassa, mutta ne ovat 1 000 kertaa himmeämpiä kuin ne, jotka toimivat huoneenlämmössä. Vaikka niiden valovoima on heikko, ne ovat silti tehokkaita viestintään.

Sovellukset, kuten puhelimien sisäiset piirit, toimivat huoneenlämmössä, joten uusi lähestymistapa ei soveltuisi näihin tilanteisiin. Se olisi kuitenkin tehokkaampi edistyneemmissä laskentajärjestelmissä.

Tutkijat tarkastelevat nyt monimutkaisempaa integrointia muiden suprajohtavien sähköpiirien kanssa. He tulevat myös esittämään komponentteja tekoälyllisissä kognitiivisissa järjestelmissä, kuten synapsissa ja hermosoluissa.

Yksi uuden tutkimuksen merkittävimmistä seurauksista on se, että se osoitti, miten laitteita voidaan valmistaa skaalautuvalla tavalla, mikä tarkoittaa, että suuret järjestelmät voivat olla edullisempia. Skaalautuvat kvantiteknologiat, jotka perustuvat suprajohtaviin tai fotonin kvantteihin, voivat myös kehittyä suprajohtavien optoelektronisten integraatioiden kautta.