Skip to content
Home » Natuurkundigen ontvangen $ 12,6 miljoen van Department of

Natuurkundigen ontvangen $ 12,6 miljoen van Department of

    Natuurkundigen ontvangen $ 12,6 miljoen van Department of
    Q-MEEN-C opkomst

    image: Q-MEEN-C-onderzoek probeert de opkomende complexiteit na te bootsen die de hersenen tot een efficiënte computer maakt.
    visie meer

    Krediet: Mario Rojas/UC San Diego

    De eerste generatie computers maakte gebruik van vacuümbuizen. De tweede, transistors en de derde, geïntegreerde schakelingen. Elke nieuwe generatie zorgde ervoor dat computers sneller, kleiner en energiezuiniger konden worden. Hoe ziet de vierde generatie computers eruit, nu de wereld de grenzen van geïntegreerde schakelingen overschrijdt?

    Het antwoord kan liggen bij kwantummaterialen die in staat zijn om neuromorfe of hersenachtige computermogelijkheden te bereiken met een laag energieverbruik. Sinds 2018 loopt Quantum Materials for Energy Efficient Neuromorphic Computing (Q-MEEN-C) – geleid door de University of California San Diego – voorop in dit onderzoek. Nu, via een zeer competitief proces, heeft het Department of Energy (DOE) $ 12,6 miljoen aan hernieuwde financiering voor het centrum aangekondigd.

    “Deze aanvullende financieringsronde is een bewijs van het vertrouwen van het ministerie van Energie in het werk dat Q-MEEN-C doet”, aldus UC San Diego Chancellor Pradeep K. Khosla. “Het centrum belichaamt veel van onze leidende principes van samenwerking en toonaangevend onderzoek. Deze prestatie straalt niet alleen positief uit op de onderzoekers, maar ook op het departement Natuurkunde en de hele universiteit.”

    Q-MEEN-C is een DOE Energy Frontier Research Center (EFRC) – een van de meer dan 40 die zijn opgericht om ‘s werelds meest urgente uitdagingen op het gebied van energietechnologie aan te pakken. Het centrum, geleid door UC San Diego, is een samenwerkingsverband dat onderzoekers van over de hele wereld samenbrengt. Ze brengen elk unieke expertise in voor een boeiende wetenschappelijke uitdaging: het creëren van een hersenachtige computer met drastisch lagere energievereisten.

    “Met de huidige technologie, om een ​​apparaat te maken dat de hersenen nabootst, is de lokale energiebehoefte zo groot dat het niet praktisch is”, aldus Q-MEEN-C directeur en Distinguished Professor of Physics Ivan K. Schuller. “Tijdens de halfgeleiderrevolutie hielp de materiaalwetenschap ontwikkelaars om silicium en germanium als ideale materialen te identificeren. Het is nu hetzelfde, waar we kwantummaterialen zien als de sleutel tot het vergroten van de rekenkracht en het verminderen van het lokale energieverbruik.”

    Kwantummaterialen zijn een klasse van nieuwe materialen die een complexer kwantummechanisch gedrag vertonen dan silicium, en waarvan de reeks eigenschappen uitstekend geschikt is voor efficiënter en transformerend neuromorfisch computergebruik.

    Toen Q-MEEN-C werd opgericht, wilden onderzoekers bepalen of kwantummaterialen zelfs levensvatbaar waren als energie-efficiënt materiaal voor neuromorfisch computergebruik. In de afgelopen vier jaar hebben ze met succes aangetoond dat kwantummaterialen een groot potentieel hebben vanwege hun ongebruikelijke elektronische en magnetische eigenschappen.

    “Dit is nog maar het begin”, verklaarde mededirecteur van het centrum en hoogleraar natuurkunde Alex Frañó. “Nu we levensvatbare materialen hebben gevonden, leggen we de basis voor toekomstig onderzoek. Het menselijk brein is een netwerk van neuronen, synapsen en dendrieten – je kunt geen hersenachtige computer hebben zonder een hersenachtig netwerk. We kunnen deze kwantummaterialen nemen en ze combineren met andere materialen om te zien hoe ze met elkaar reageren als een stap in de richting van het creëren van neuromorfe computernetwerken.”

    Frañó zegt dat het centrum het probleem holistisch benadert – van een enkel elektron in een atoom tot de complexiteit van een computerchip: “Je moet de fysica in elk stadium begrijpen.” Dit staat bekend als “emergentie” – waarbij het geheel meer is dan de som der delen, zelfs als het niet expliciet bekend is hoe alle delen samenwerken.

    Een primair doelwit bij de ontwikkeling van neuromorfisch computergebruik is patroonherkenning, classificatie en leren – dingen die de hersenen opmerkelijk goed doen met minimale energie-input. Een mens kan een afbeelding van de Golden Gate Bridge en een afbeelding van het Vrijheidsbeeld zien en onmiddellijk onderscheid maken tussen de twee oriëntatiepunten. Een computer zou de miljarden pixels in meerdere afbeeldingen afzonderlijk moeten analyseren om tot dezelfde conclusie te komen. Voeg mist of regen of een andere hoek toe en het wordt nog ingewikkelder.

    Hoewel we dit vermogen tot op zekere hoogte zien wanneer fotosoftware vergelijkbare gezichten in een feed herkent als dezelfde persoon, is er een limiet, afhankelijk van hoe gedetailleerd de afbeeldingen zijn, hoe lang het duurt om ze te categoriseren en de hoeveelheid energie die het vereist van de batterij van je telefoon.

    “Het is niet alleen een softwareprobleem,” verklaarde Schuller. “Met softwareverbeteringen bereik je geen energie-efficiëntie. Er moet ook een nieuw soort hardware komen.”

    Een van de gestelde doelen van de EFRC’s is het opleiden van toekomstige energiewetenschappers, en de DOE-financiering ondersteunt studenten en postdoctorale wetenschappers van Q-MEEN-C. “We creëren niet alleen de volgende generatie kennis, maar ook de volgende generatie onderzoekers”, aldus Frañó. “Op een dag zullen onze studenten hun eigen onderzoeksgroepen leiden op het gebied van neuromorphic computing.”

    “We worden gemotiveerd door een voortdurend gevoel van verwondering. Misschien zal neuromorfisch computergebruik zich niet ontvouwen zoals we het vandaag voor ogen hebben, maar het zal zich op de een of andere manier ontvouwen. Het kan nog tientallen jaren duren en het overtreft waarschijnlijk wat we momenteel kunnen voorspellen,” zei Schuller. “Maar deze volgende generatie – ze zullen iets geweldigs zien.”

    Financiering verstrekt door DOE #DE-SC0019273. Een volledige lijst van hoofdonderzoekers en deelnemende instellingen is te vinden op de website van Q-MEEN-C.


    Vrijwaring: AAAS en EurekAlert! zijn niet verantwoordelijk voor de juistheid van persberichten die op EurekAlert! door bijdragende instellingen of voor het gebruik van informatie via het EurekAlert-systeem.