[PWC-MEDIA] Op weg naar een quantumbrein

  • From: Persvoorlichting Radboud Universiteit <media@xxxxx>
  • To: pwc-media@xxxxxxxxxxxxx
  • Date: Mon, 1 Feb 2021 11:00:43 -0500 (EST)


Bekijk in browser 
[https://elink.clickdimensions.com/m/1/98267547/02-b21032-0357b66902fe47cfa587e263a2537bc0/1/34/5978a4f1-0da5-46a5-9198-11e4376392d7]
Op weg naar een quantumbrein
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 
werken aan zo’n zogenaamd ‘quantumbrein’, en hebben nu een belangrijke stap 
gezet. Ze kunnen een netwerk van atomen bouwen met vergelijkbaar gedrag als 
neuronen en synapsen in het brein. Ze publiceren hun bevindingen in Nature 
Nanotechnology op 1 februari.
 
Naarmate de wereldwijde behoefte aan computercapaciteit groeit, zijn er steeds 
meer energieslurpende datacenters nodig. ‘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 “quantumbrein”, dat gebaseerd is op de 
quantummechanische eigenschappen van materialen, zou de basis kunnen vormen 
voor duurzame oplossingen voor toepassingen in de kunstmatige intelligentie.’
 
Het quantumbrein
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’, vertelt 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.
 
Infographic: Hoe het quantumbrein informatie verwerkt vergeleken met het 
menselijk brein en een reguliere computer. Bekijk een grote versie 
[https://www.ru.nl/nieuws-agenda/nieuws/vm/imm/2021/weg-quantumbrein/] op de ;
website.
 
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’, vertelt 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 
‘quantummaterialen’ 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’, zegt 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.’
Publicatie
'An atomic Boltzmann machine capable of self-adaption', Nature Nanotechnology
DOI: 10.1038/s41565-020-00838-4 
[https://www.nature.com/articles/s41565-020-00838-4]
Meer weten? Neem contact op met:
 
* Alexander Khajetoorians, a.khajetoorians@xxxxxxxxxxxxx 
[mailto:A.Khajetoorians@xxxxxxxxxxxxx], 0646385357
* Bert Kappen, b.kappen@xxxxxxxxxxxxx, 0652078210
* Persvoorlichting & wetenschapscommunicatie Radboud Universiteit, 024 361 
6000, media@xxxxx [mailto:media@xxxxx]  
[https://www.instagram.com/radboud_uni/]
[https://www.facebook.com/radbouduniversity]
[https://www.youtube.com/user/Radbouduniversiteit]
[https://www.linkedin.com/school/radboud-university-nijmegen/]
[https://twitter.com/Radboud_Uni]

Other related posts:

  • » [PWC-MEDIA] Op weg naar een quantumbrein - Persvoorlichting Radboud Universiteit