Fizyk z TU Kaiserslautern otrzymuje wielomilionowe dofinansowanie UE na budowę sztucznego mózgu

Juniorprofessor Dr. Philipp Pirro z TU Kaiserslautern. (Foto: TUK/view) / Juniorprofessor Dr. Philipp Pirro (Foto: TUK/view)

Mózg z około 100 miliardami komórek nerwowych przetwarza bodźce sensoryczne w ułamkach sekund. Komórki te są ściśle powiązane za pomocą synaps. Inspiracją dla badań nad neuromorficznymi komputerami jest właśnie mózg. Jednak złożone połączenia potrzebne do tego są ograniczone przez dostępny sprzęt. Celem nowego projektu jest zmiana tego: informacje mają być przesyłane za pomocą magnonów, kwantowych cząstek fal spinowych. Juniorprofesor Dr. Philipp Pirro z Technische Universität Kaiserslautern zostanie za to wyróżniony pięcioletnim grantem ERC Starting Grant o wartości 1,5 miliona euro od Europejskiej Rady ds. Badań (ERC).

Ludzki mózg jest niezwykle złożony: informacje są przekazywane przez synapsy między komórkami nerwowymi. W badaniach naśladuje się mózg, aby konstruować szczególnie wydajne komputery, tzw. neuromorficzne. Również tutaj sztuczne neurony są połączone za pomocą sztucznych synaps w wysokim stopniu sieciowo. Dzięki takim komputerom przetwarzanie danych ma w przyszłości znacznie przyspieszyć, co jest ważne na przykład dla autonomicznej jazdy czy rozpoznawania wzorców w złożonych bazach danych.

Aby system działał bez zakłóceń, kluczowe jest techniczne opracowanie połączeń synaptycznych. „Są one bardzo złożone, dlatego trudno je zrealizować za pomocą tradycyjnych układów elektronicznych”, mówi juniorprofesor Dr. Philipp Pirro, który bada magnetyzm na TUK.

Zespół z Kaiserslautern pracuje nad rozwiązaniem tego problemu. W tym celu korzysta z fal spinowych, czyli kolektywnych drgań spinów w materiale magnetycznym. Spin to własny moment pędu kwantowej cząstki, na przykład elektronu lub protonu. Stanowi on podstawę zjawisk magnetycznych.

Fale spinowe są interesujące dla zastosowań, ponieważ ich kwantowe cząstki, magnony, mogą przenosić więcej informacji niż elektrony, a jednocześnie zużywają znacznie mniej energii.

W projekcie „CoSpiN – Coherent Spintronic Networks for Neuromorphic Computing”, finansowanym przez ERC, fale spinowe mają służyć do tworzenia połączeń i przesyłania informacji. „Zasada ta przypomina komunikację szerokopasmową, w której informacje są przesyłane za pomocą fal świetlnych. Chcemy pracować z falami spinowymi, które mogą przenosić informacje na różnych częstotliwościach”, wyjaśnia Pirro. „Funkcjonują one jak synapsy.” Sztuczne neurony mają stanowić nanowibratory. To maleńkie generatory drgań, emitujące fale spinowe.

Celem jest opracowanie fizycznych elementów do nowatorskiej sieci spintroniki na skalę nanometryczną. „Chcemy w ten sposób położyć fundamenty pod sztuczny mózg, który będzie jak najbardziej zbliżony do naturalnego wzoru”, mówi fizyk z Kaiserslautern. Taka technologia umożliwiłaby w przyszłości szybsze i bardziej wydajne komputery.

Prace będą prowadzone w nowym budynku badawczym LASE (Laboratorium Zaawansowanej Inżynierii Spinów) na kampusie TUK. Badania Pirro są częścią finansowanego przez land profilu OPTIMAS (Optyka i Nauki o Materiałach) oraz specjalnego obszaru badawczego (SFB/TRR 173) „Spin+X – Spin w jego zbiorowym środowisku”, finansowanego przez Niemiecką Fundację Badań Naukowych.

Pytania można kierować do:
Juniorprofesor Dr. Philipp Pirro
Dział Magnetyzmu / TU Kaiserslautern
Tel.: 0631 205 4092
E-mail: ppirro[at]rhrk.uni-kl.de