EO

Op weg naar een kwantumbrein

09 februari 2021 om 10:03 uur

Een intelligent materiaal dat leert door zichzelf fysiek te veranderen, net zoals het menselijk brein, kan de basis vormen van een compleet nieuwe generatie energiezuinige computers. Natuurkundigen van de Radboud Universiteit kunnen nu een netwerk van atomen bouwen met vergelijkbaar gedrag als neuronen en synapsen in het brein.


Ze publiceren hun bevindingen in Nature Nanotechnology.

 

"Het is evident dat we op zoek moeten naar nieuwe energiezuinige manieren om informatie te verwerken en op te slaan", zegt Alexander Khajetoorians, hoogleraar Scanning Probe Microscopy aan de Radboud Universiteit en projectleider van het onderzoek. "Hier zijn niet alleen verbeteringen in de bestaande technologieën voor nodig, maar ook fundamenteel onderzoek in baanbrekende en nieuwe richtingen. Ons idee voor het bouwen van een 'kwantumbrein', dat gebaseerd is op de kwantummechanische eigenschappen van materialen, zou de basis kunnen vormen voor duurzame oplossingen voor toepassingen in de kunstmatige intelligentie."

 

Het kwantumbrein

Voor kunstmatige intelligentie moet een computer in staat zijn om patronen in de wereld te herkennen en nieuwe aan te leren. Computers vandaag de dag doen dit via machine learning software op hardware waarin opslag en het verwerken van informatie op twee verschillende plekken gebeurt. "Tot op heden werkt deze technologie, die gebaseerd is op een eeuwenoud paradigma, goed genoeg. Maar uiteindelijk is het een enorm energie-inefficiënt proces", vindt Bert Kappen, hoogleraar Neurale netwerken en machine-intelligentie.

 

De natuurkundigen onderzochten of een stuk hardware hetzelfde kan doen, zonder dat daarbij software nodig is. Ze ontdekten dat ze met kobaltatomen op zwarte fosfor een netwerk konden bouwen dat informatie opslaat en verwerkt, vergelijkbaar met hoe de hersenen dat doen. En verrassend genoeg bleek dit materiaal zichzelf te veranderen.

 

Atomen die zich aanpassen

In 2018 toonden Khajetoorians en collega's al aan dat het mogelijk is om informatie op te slaan op een enkel kobaltatoom. Met een bepaald voltage konden ze het atoom laten ‘vuren', waarbij de staat van het atoom willekeurig wisselde tussen een 0 en 1, vergelijkbaar met één neuron. Nu hebben ze ontdekt hoe ze specifieke groepen van deze atomen kunnen opbouwen, en vonden dat het vuurgedrag van zo'n groepje atomen lijkt op het gedrag van een computermodel dat door het brein geïnspireerd is en gebruikt wordt voor kunstmatige intelligentie.

 

Met dit systeem hebben ze de kleinste synaps ter wereld gebouwd, namelijk ter grootte van één atoom. Onbewust zagen ze dat het netwerk van atomen een ingebouwd vermogen heeft om zichzelf aan te passen: de atomen met de rol van synapsen veranderden hun vuurgedrag afhankelijk van welke input ze ‘zagen'. "Wanneer we het materiaal over een langere periode stimuleerden met een bepaald voltage, zagen we verrassend genoeg dat de ‘atoomsynapsen' veranderden. Het materiaal paste zijn gedrag aan op basis van de externe stimuli dat het ontving. Het leerde uit zichzelf", zegt Khajetoorians.

 

Verder verkennen en ontwikkelen

De onderzoekers zijn nu van plan om het systeem op te schalen en een groter netwerk van atomen te bouwen. Ook gaan ze onderzoek doen naar nieuwe ‘kwantummaterialen' die gebruikt zouden kunnen worden. Het is belangrijk dat ze gaan begrijpen waarom de atomen zich gedragen zoals ze doen. "We staan nu op een punt waar we fundamentele natuurkunde kunnen gaan koppelen aan concepten uit de biologie, zoals leren en geheugen", aldus Khajetoorians.

 

"Als we uiteindelijk echte machines kunnen bouwen met dit materiaal, kunnen we zelflerende apparaten bouwen die energiezuiniger en kleiner zijn dan de huidige computers. Maar pas wanneer we echt begrijpen hoe het werkt, en dat is nog een mysterie, zullen we het gedrag kunnen sturen en het tot nieuwe technologie kunnen ontwikkelen. Het is echt een spannende tijd."

 

Gerelateerd nieuws

Geoptimaliseerde verbindingstechnologie opent de deur naar veilig gebruik van waterstof in de luchtvaart

Magnetisch pulslassen maakt waterstofsystemen veilig voor vliegtuigen

Milieuvriendelijk vliegen op waterstof klinkt leuk, maar hoe maak je een veilig systeem voor deze cryogene brandstof die pas bij -253 graden Celsius bruikbaar is? Zowel tanks als leidingsystemen moeten bij zulke lage…

Minder dan een nanometer dik, sterker en veelzijdiger dan staal

Minder dan een nanometer dik, sterker en veelzijdiger dan staal

Wetenschappers zijn erin geslaagd omstabiele nanovellen te produceren met boor- en waterstofatomen. Dit biedt kansen voor de nano-elektronica en kwantuminformatietechnologie.

Hoe een bewegend platform voor 3D-printen afval en kosten kan verminderen

3D-printen kan nu 40 procent sneller en 30 procent goedkoper (video)

Onderzoekers van de USC Viterbi School of Engineering (VS) hebben een goedkoop dynamisch gestuurd oppervlak voor 3D-printers ontwikkeld dat afval vermindert en tijd bespaart.

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

12 april 2021, online

Hannover Messe

De Hannover Messe is een van de grootste industriebeurzen.

15 april 2021

Masterclass Cyber security voor industriële automatisering (ICS en OT)

Biedt inzicht in welke gevaren en impact een cyber incident kan hebben op organisaties.

15 april 2021, online

KNAW-webinar: Innovatie versneld door coronacrisis

Medisch-technische onderzoekers laten zien hoe de coronacrisis ontwikkelingen binnen hun vakgebied...

Meer agendapunten »