Φυσικοί του Στάνφορντ δημιούργησαν δίκτυο ατόμων-φωτονίων με 7πλάσια χωρητικότητα μνήμης από τα κλασικά μοντέλα AI

Μια ομάδα με επικεφαλής τον φυσικό του Stanford, Benjamin Lev, δημιούργησε ένα δίκτυο υπερψυχρων ατόμων και φωτονίων που λειτουργεί ως συνειρμική μνήμη, αποθηκεύοντας έως και επτά φορές περισσότερες μνήμες από το κλασικό μοντέλο νευρωνικού δικτύου που συνέβαλε στην κατάκτηση ενός βραβείου Νόμπελ. Τα αποτελέσματα, που δημοσιεύθηκαν στις 3 Σεπτεμβρίου στο περιοδικό Science, δείχνουν προς ένα μέλλον όπου το υλικό τεχνητής νοημοσύνης θα μπορούσε να μαθαίνει και να θυμάται χρησιμοποιώντας πολύ λιγότερους πόρους.eurekalert+1

Από το Hopfield στο Ύαλο Σπιν

Η εργασία βασίζεται στο δίκτυο Hopfield, ένα μαθηματικό μοντέλο που παρουσιάστηκε το 1982 και έδειξε πώς ένα σύστημα αλληλεπιδρώντων σπιν μπορεί να αποθηκεύει και να ανακτά μνήμες από ελλιπή ή παραμορφωμένα δεδομένα εισόδου. Ο John Hopfield μοιράστηκε το Νόμπελ Φυσικής 2024 για αυτή τη θεμελιώδη συνεισφορά, η οποία βοήθησε να τεθούν οι βάσεις για τα σύγχρονα μεγάλα γλωσσικά μοντέλα. Ωστόσο, τα δίκτυα Hopfield προσκρούουν σε ένα εμπόδιο: αν υπερφορτωθούν με πάρα πολλές μνήμες, το σύστημα καταρρέει σε μια άτακτη κατάσταση υάλου σπιν, όπου η ανάκληση αποτυγχάνει.phys+1

Η ομάδα του Lev μετέτρεψε αυτόν τον περιορισμό σε πλεονέκτημα. Χρησιμοποιώντας συμπυκνώματα Bose-Einstein, δηλαδή συστάδες περίπου 10.000 ατόμων η καθεμία, ψυχόμενες κοντά στο απόλυτο μηδέν, οι οποίες συμπεριφέρονται ως ενιαία «υπερ-άτομα», οι ερευνητές τοποθέτησαν έως και 20 τέτοια σπιν μέσα σε μια οπτική κοιλότητα που σχηματιζόταν από δύο κυρτά κάτοπτρα. Φωτόνια που ανακλώνταν χιλιάδες φορές ανάμεσα στα κάτοπτρα δημιούργησαν καθολικές συνδέσεις μεταξύ των σπιν, μιμούμενα τις συνάψεις ενός βιολογικού εγκεφάλου.arxiv+1

Επταπλάσια Χωρητικότητα

Σε ένα δίκτυο 16 σπιν, το κβαντοοπτικό ύαλο σπιν ανακάλεσε κατά μέσο όρο περίπου 12 μνήμες, σε σύγκριση με περίπου 3,6 για ένα δίκτυο Hopfield ίδιου μεγέθους. Όταν οι ερευνητές χαλάρωσαν τις ατομικές παγίδες για να ενισχύσουν τις πολαρονικές παραμορφώσεις, μια αυτοενισχυόμενη σύζευξη σπιν-κίνησης, η χωρητικότητα σκαρφάλωσε στις 25 μνήμες, μια επταπλάσια βελτίωση σε σχέση με το όριο Hopfield.science+1

Το σύστημα επέδειξε επίσης βραχυπρόθεσμη πλαστικότητα: δυνάμεις που καθοδηγούνται από φωτόνια ανάγκασαν τα άτομα να αλλάξουν θέση, αναδιαμορφώνοντας δυναμικά τις συνδέσεις του δικτύου, σε μια διαδικασία που οι ερευνητές παρομοιάζουν με τη συναπτική πλαστικότητα στον εγκέφαλο.eurekalert+1

Πρώιμο Στάδιο, Μεγάλες Φιλοδοξίες

Η συσκευή λειτουργεί επί του παρόντος μέσα σε θάλαμο κενού σε κρυογονικές θερμοκρασίες, καθιστώντας την πρακτική εφαρμογή της μακρινή. Ο Lev παραδέχθηκε ότι η έρευνα παραμένει σε στάδιο πειραματικής απόδειξης της βασικής αρχής, αλλά δήλωσε ότι η ομάδα του εργάζεται ήδη για την αύξηση του αριθμού των σπιν και την εισαγωγή κβαντικής διεμπλοκής μεταξύ τους.eurekalert

«Έχουμε πλέον μια πειραματική απόδειξη της βασικής αρχής ενός φυσικού δικτύου που αυτορυθμίζεται με τον τρόπο που θα το έκανε ένα σύστημα μάθησης, και αν μπορέσουμε να το βελτιώσουμε και να το κλιμακώσουμε, το υλικό AI θα μπορούσε να γίνει πολύ λιγότερο ενεργοβόρο κατά την εκπαίδευση», δήλωσε ο Lev.phys