02/02/2021 - Um material inteligente que aprende mudando-se fisicamente, à semelhança do funcionamento do cérebro humano, pode ser a base de uma geração completamente nova de computadores. Os físicos de Radboud que trabalham em direção a esse chamado "cérebro quântico" deram um passo importante. Eles demonstraram que podem padronizar e interconectar uma rede de átomos individuais e imitar o comportamento autônomo de neurônios e sinapses em um cérebro. Eles relatam sua descoberta na Nature Nanotechnology em 1º de fevereiro.
Considerando a crescente demanda global por capacidade de computação, cada vez mais data centers são necessários, todos deixando uma pegada de energia em constante expansão. 'É claro que temos que encontrar novas estratégias para armazenar e processar informações de uma forma eficiente em termos de energia', diz o líder do projeto Alexander Khajetoorians, professor de Microscopia de varredura de sonda na Radboud University.
'Isso requer não apenas melhorias na tecnologia, mas também pesquisa fundamental em abordagens de mudança de jogo. Nossa nova ideia de construir um 'cérebro quântico' baseado nas propriedades quânticas dos materiais pode ser a base para uma solução futura para aplicações em inteligência artificial. '
Cérebro quântico
Para que a inteligência artificial funcione, um computador precisa ser capaz de reconhecer padrões no mundo e aprender novos. Os computadores atuais fazem isso por meio de um software de aprendizado de máquina que controla o armazenamento e o processamento de informações em um disco rígido separado. 'Até agora, esta tecnologia, que se baseia em um paradigma centenário, funcionou o suficiente. No entanto, no final, é um processo muito ineficiente em termos de energia ', diz o co-autor Bert Kappen, professor de redes neurais e inteligência de máquina.
Os físicos da Radboud University pesquisaram se uma peça de hardware poderia fazer o mesmo, sem a necessidade de software. Eles descobriram que, ao construir uma rede de átomos de cobalto em fósforo preto, foram capazes de construir um material que armazena e processa informações de maneiras semelhantes às do cérebro e, ainda mais surpreendente, se adapta.
Átomos auto-adaptáveis
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Em 2018, Khajetoorians e colaboradores mostraram que é possível armazenar informações no estado de um único átomo de cobalto. Ao aplicar uma voltagem ao átomo, eles poderiam induzir o "disparo", onde o átomo oscila entre um valor de 0 e 1 aleatoriamente, como um neurônio. Eles agora descobriram uma maneira de criar conjuntos sob medida desses átomos e descobriram que o comportamento de disparo desses conjuntos imita o comportamento de um modelo semelhante ao cérebro usado na inteligência artificial.
Além de observar o comportamento dos neurônios em spiking, eles foram capazes de criar a menor sinapse conhecida até hoje. Sem saber, eles observaram que esses conjuntos tinham uma propriedade adaptativa inerente: suas sinapses mudavam seu comportamento dependendo de qual input eles "viam". “Ao estimular o material por um longo período de tempo com uma certa voltagem, ficamos muito surpresos ao ver que as sinapses realmente mudaram. O material adaptou sua reação com base nos estímulos externos que recebeu. Aprendeu por si mesmo ', diz Khajetoorians.
Explorando e desenvolvendo o cérebro quântico
Os pesquisadores agora planejam expandir o sistema e construir uma rede maior de átomos, bem como mergulhar em novos materiais "quânticos" que podem ser usados. Além disso, eles precisam entender por que a rede atômica se comporta dessa forma. 'Estamos em um estado em que podemos começar a relacionar a física fundamental com conceitos da biologia, como memória e aprendizagem', diz Khajetoorians.
'Se pudéssemos construir uma máquina real com este material, seríamos capazes de construir dispositivos de computação de autoaprendizagem que são mais eficientes em termos de energia e menores do que os computadores atuais. No entanto, somente quando entendermos como ele funciona - e isso ainda é um mistério - seremos capazes de ajustar seu comportamento e começar a desenvolvê-lo em uma tecnologia. É uma época muito emocionante.
Fonte: https://www.technologynetworks.com/