Исследователи демонстрируют компьютеры “наномагнитного” типа с искусственным интеллектом

Команда исследователей из Имперского колледжа Лондона продемонстрировала, как можно выполнять задачи искусственного интеллекта (ИИ) с помощью крошечных наномагнитов, которые взаимодействуют как нейроны мозга.

Этот новый метод “наномагнитного” вычисления может сократить энергетические затраты, связанные с ИИ. Это крайне важно, учитывая, что энергетические затраты на ИИ удваиваются во всем мире каждые 3,5 месяца.

Исследование было опубликовано в журнале Нанотехнология.

Достижение обработки, подобной ИИ, с помощью наномагнитов

В исследовательской работе команда продемонстрировала первое доказательство того, что сети наномагнитов могут достигать обработки, подобной ИИ. Они также показали, как эти наномагниты можно использовать для задач “предсказания временных рядов”, которые включают такие вещи, как предсказание уровня инсулина у пациентов с диабетом.

Классические нейронные сети основаны на том, как работает человеческий мозг, с нейронами, которые общаются друг с другом для обработки информации. Однако было трудно использовать магниты直接 в этом процессе, поскольку исследователи не знали, как вводить данные или извлекать информацию.

Чтобы смоделировать взаимодействие магнитов, эксперты обычно полагаются на программное обеспечение, запускаемое на традиционных компьютерах на основе кремния, что помогает смоделировать мозг. Нынешний прорыв позволил команде использовать сами магниты для обработки и хранения данных, что исключает необходимость в программной симуляции.

Наномагниты не все одинаковы. Вместо этого они существуют в различных “состояниях”, которые зависят от их направления. Применяя магнитное поле к сети наномагнитов, состояние магнитов может измениться в зависимости от свойств входного поля и состояний окружающих магнитов.

Разработка нового метода

Команда смогла разработать метод для подсчета количества магнитов в каждом состоянии после прохождения поля.

Доктор Джек Гартсайд является соавтором исследования.

“Мы пытались решить проблему, как вводить данные, задавать вопрос и получать ответ из магнитных вычислений в течение долгого времени”, – сказал доктор Гартсайд. “Теперь мы доказали, что это можно сделать, и это открывает путь для исключения компьютерного программного обеспечения, которое выполняет энергозатратную симуляцию”.

Киллиан Стеннинг является соавтором статьи.

“Как магниты взаимодействуют, дает нам всю необходимую информацию; законы физики сами становятся компьютером”, – сказал Стеннинг.

Доктор Уилл Бранфорд является лидером команды.

“Это была долгосрочная цель – реализовать компьютерное оборудование, вдохновленное программными алгоритмами Шеррингтона и Киркпатрика”, – сказал доктор Бранфорд. “Это было невозможно с помощью спинов на атомах в обычных магнитах, но, масштабируя спины в наноразмерные массивы, мы смогли достичь необходимого контроля и считывания”.

Сокращение энергетических потерь

Большая часть энергии, используемой для ИИ в традиционных компьютерах на основе кремния, тратится зря из-за неэффективного транспорта электронов во время обработки и хранения памяти. С другой стороны, наномагниты не требуют физического транспорта частиц, таких как электроны. Они обрабатывают и передают информацию с помощью “магнон”-волны, при которой каждый магнит влияет на состояние других вокруг него.

Этот процесс приводит к меньшим энергетическим потерям. Обработка и хранение информации выполняются вместе, а не отдельно, как в случае с традиционными компьютерами. С учетом всех этих достижений наномагнитные вычисления могут быть в 100 000 раз более эффективными, чем традиционные вычисления.