Jak blízko jsme k vývoji umělého mozku? Fyzici z AV ČR pokročili ve výzkumu

Femtosekundu dělí od běžné sekundy podobný počet řádů, jako je mezi sekundou a stářím vesmíru, tedy patnáct. Pomocí takto nepředstavitelně krátkého pulzu nyní vědci z Fyzikálního ústavu AV ČR a Univerzity Karlovy zapsali informaci do takzvaného antiferomagnetu. Výsledky výzkumu zveřejnil prestižní časopis Nature Electronics.

Výše uvedená časová paralela je dechberoucí. Femtosekunda se zapisuje jako 10⁻¹⁵ oproti jedné sekundě. Je ještě kratší než nanosekunda. Nyní vědci úspěšně dokončili experiment, ve kterém se jim podařil zápis informace do antiferomagnetu právě pomocí záblesků z femtosekundového laseru. Navíc zjistili, že antiferomagnetické součástky umějí informaci nejen uložit, ale také zpracovat. Podaří se díky tomu vytvořit umělý, superrychlý mozek, který v něčem překoná ten lidský?

Ještě bilionkrát méně
Feromagnet je běžně známý typ magnetu, který si dáváme třeba na ledničku. Používá se i v počítačových pevných discích nebo magnetických paměťových čipech. Antiferomagnety jsou naproti tomu kuriozitou, protože mají krystalovou mřížku uspořádanou tak, že nanomagnet jednoho atomu míří jedním směrem, zatímco sousedního atomu míří přesně opačně. Magnetické látky se překvapivě mnohem častěji uspořádávají takto antiferomagneticky než feromagneticky. Příklady antiferomagnetických materiálů jsou třeba hematit nebo chrom. Navenek je ovšem jejich magnetismus neviditelný, takže by se na ledničce neudržely.

Uspořádání atomů v antiferomagnetech

Čeští fyzici už před čtyřmi lety provedli experiment, který publikovali v časopise Science. Ten poprvé ukázal možnost využití antiferomagnetů pro ukládání dat v mikroelektronických součástkách. Týmu se podařilo zapsat informaci do antiferomagnetu pomocí elektrických pulzů o délce sto milisekund. „V současné práci jsme zkrátili dobu zápisu bilionkrát a zároveň jsme překonali o mnoho řádů limity dnešních polovodičových nebo feromagnetických pamětí,“ vysvětluje Tomáš Jungwirth z Fyzikálního ústavu AV ČR. Na jeho současném výzkumu se podílely i laboratoře z Univerzity v Nottinghamu, ze Spolkové vysoké technické školy v Curychu a z Univerzity v Řezně.

Uložit i využít
Použité antiferomagnety se navíc chovají spíše jako neurony lidského mozku než jako klasické digitální součástky, které mají oddělenou paměť od jejího využití a které umějí pracovat pouze s nulami a jedničkami. V lidském mozku jsou obě funkce integrovány v každém neuronu a jsou vzájemně propojeny v husté síti. „Antiferomagnetické součástky umějí podobně jako neurony nejen informaci uložit, ale také spočítat, kolik zapisovacích pulzů do neuronu přišlo, případně v jakých časových intervalech. To naznačuje, že by mělo být v budoucnu skutečně možné vytvořit bleskurychlý umělý mozek,“ doplňuje Tomáš Jungwirth.

Tomáš Jungwirth a jeho tým dokázal, že antiferomagnetické součástky umí informaci uložit i zpracovat.

Jakým způsobem probíhá zápis do antiferomagnetu? Součástka z tohoto materiálu identifikuje impulz jako určitou událost, změnu stavu. V současnosti se běžně zapisuje pomocí zmíněných jedniček a nul. Antiferomagnet však dokáže zaznamenat mnohem víc než jen dva stavy. Uloženou informaci je navíc možné elektronicky i opticky vyčíst.

Lidé se poslední tři tisíce let soustředili téměř výlučně na feromagnety, jenže kvůli tomu podle Tomáše Jungwirtha vlastně ignorovali většinu možností, které obor magnetismu poskytuje. „Jednou z takových možností by mohlo být vyřešení základního omezení současných počítačů, souvisejícího s tím, že mají oddělenou paměť od části, kde se informace zpracovává,“ říká vědec, který vedle AV ČR působí i na Univerzitě v Nottinghamu.

Antiferomagnetický krystal zapisuje informaci pomocí světelných záblesků z femtosekundového laseru.

Nepřekonatelný lidský mozek
Technologie by podle Tomáše Jungwirtha někdy v budoucnu mohla sestavit umělý mozek, tedy hardware, který by fungoval spíš jako lidský mozek než jako současné počítače. Už nyní lze vytvořit umělý neuron, o dvanáct řádů rychlejší než neuron v našem mozku. Na druhé straně ale ještě dlouho nepůjde zkonstruovat hustě propojenou síť sta miliard takových neuronů.

„Dnes se skoro všude mluví o umělé inteligenci, ale technologie jsou oproti lidskému mozku příliš zjednodušené. V něm je síť neuronů mnohem hustší a mnohem propojenější,“ uzavírá Tomáš Jungwirth, podle něhož se nemusíme obávat, že lidstvo brzy ovládne umělá inteligence. 

Připravil: Jan Klika, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR
Foto: Shutterstock, Michael Schmid (Creative Commons), AV ČR, Fyzikální ústav AV ČR 

Přečtěte si také

• V Praze odstartovala největší mezinárodní konference o materiálovém modelování
• Z čeho se skládá kosmické záření? Napoví přelomová metoda českého fyzika
• Tuk je možné vydolovat i z tisíce let staré keramiky, říká Veronika Brychová
• Svérázná říše umělé inteligence. Máme se jako lidstvo bát, nebo být nadšení?
• Přelomové datování. První lidé přišli do Evropy už před 1,4 milionu let
• Přitažlivá nepřitažlivost. Vědci experimentálně potvrdili novou formu magnetismu
• Krása neviditelného krystalu. Jak se zkoumá skrytý svět atomů a molekul
• Planetky neboli asteroidy: jak pomáhají vědcům při dobývání a výzkumu vesmíru
• Nová krystalografická metoda pomůže ve vývoji léků i rychlejších počítačů
• Dva bratři Jungwirthové, dva prestižní evropské granty ve výši 120 milionů korun