Спінтроніка зробить штучний інтелект дійсно розумним. Що це таке і де вже застосовується

17

Людський мозок, щодня перетравлює неймовірну кількість інформації на частоті лише кілька десятків гц, використовує для цього всього пару десятків вт. Сучасні комп’ютерні системи, які заточені під обробку аналогічних даних через нейронні мережі, застосовують в тисячі разів більші частоти і в десятки разів більш високі потужності. Проте вони все одно програють вмісту черепної коробки типового представника нашого виду. Втім, є варіант розібратися з подібним станом справ. Для цього потрібно використовувати інші принципи комп’ютерних обчислень, а також зберігання інформації — наприклад, спінтроніку.

Введення в спінтроніку. Які явища пояснюють цим поняттям

Спінтроніка-це порівняно юне, але вже дуже перспективне фізичний напрямок, в центрі якого знаходиться особливий (спіновий) момент електронів. Якщо дослідники зможуть втілити в життя свої вкрай амбітні плани, то за допомогою спінтроніки вийде створити абсолютно нову категорію електронних пристосувань. У таких гаджетах за перенесення одиниці заряду буде відповідати не стільки електричне поле, скільки магнітне. Будь-який призначений для користувача девайс в цьому випадку вийде значно зменшити в габаритах. Що цікаво, при цьому він виявиться більш автономним і зможе справлятися зі своїми обов’язками помітно швидше. Дивно!

Зі спінтронікою намагаються розібратися фахівці з квантової фізики, адже в основі цього поняття лежить квантовий стан кожного електрона — його механічний і магнітний моменти, звані спинами. У останнього в просторі можуть бути два протилежних стану, які умовно називають «вгору» і «вниз». У більшості матеріалів число електронів в конкретному стані приблизно дорівнює, але є особливі феромагнітні провідники, в яких є значне перевищення в сторону «вгору» або «вниз». У матеріалу з’являється макроскопічний магнітний момент, який можна використовувати, в тому числі, і в призначеній для користувача електроніці.

моменти «вгору» або «вниз» в розрізі спінтроніки | ibm

Спінтроніку можна використовувати для зберігання і читання даних

Після всього, що вже було розказано вище по тексту, з величезною ймовірністю склалося враження, що сьогодні спінтроніка існує, в кращому випадку, в лабораторіях, а то і просто в умах дослідників. На практиці все інакше. За пов’язаними зі спінтронікою принципам працюють навіть звичні нам жорсткі диски. На окремих ділянках пластин, які в них використовуються, за допомогою спеціальної магнітної головки відбувається зміна орієнтації намагніченості — таким чином здійснюється запис інформації. Під час читання інша головка фіксує стан ділянок, визначаючи, що саме збережено на накопичувачі.

Виробники регулярно підвищують щільність запису інформації на жорстких дисках, зменшуючи обсяг кожного конкретного біта. Сьогодні для запису і читання інформації використовується так званий процес гігантського магнітопротиву, який вперше був відкритий ще в кінці 80-х. Саме його вивчення дало можливість збільшити обсяг інформації на жорсткому диску спочатку до 1 тб, а потім і до більш високих значень. Наступний рівень розвитку подібних накопичувачів знаходиться ще ближче до квантової фізики. Мова про ефект тунельного магнітосопротивления. Коли він буде досить вивчений, жорсткі диски зроблять небувалий стрибок (докладніше про це на сайті ibm).

Жорсткий диск — самий явний приклад використання пов’язаних з спинтроникой технологій, який є на даний момент

Спінтроніка допоможе збільшити ефективність нейронних мереж

Сьогодні для роботи з нейронними мережами, про що вже йшла мова на початку цього матеріалу, використовується електроніка, створена з напівпровідниковим принципам. Для дослідників очевидно, що для таких завдань традиційних технологій вкрай недостатньо. В цей же час людський мозок легко обробляє дані, з якими тільки намагається впоратися штучний інтелект (ші). Секрет вмісту людської черепної коробки-критично малий розмір обчислювальних частинок. Щоб домогтися такого ж в електроніці, сьогодні розглядається тільки спінтроніка — реальних альтернатив даному вектору розвитку поки немає.

Більш того, в сучасних напівпровідникових комп’ютерах зазвичай використовується так звана архітектура фон неймана, яка передбачає роздільне розміщення процесора і пам’яті. При взаємозв’язку між ними губляться заповітні миті-продуктивність знижується. Якщо говорити про електроніку на базі спінтроніки, яка повинна використовуватися для подібних обчислень, вона зобов’язана обзавестися іншою структурою — спільним розміщенням процесора і пам’яті. Їх роль може виконувати один компонент-штучний нейрон на базі магнітної структури. Подібний переворот значно збільшить потенціал ші.

Становлення електроніки на базі принципів спінтроніки стане важливим кроком для розвитку нейронних мереж і штучного інтелекту | intelia

Спінтроніка розвивається і в безпеці зберігання даних

Пов’язані зі спінтронікою розробки стосуються не тільки більш швидкої і енергоефективної роботи електроніки. Потенційно вони також можуть забезпечити і безпечне зберігання даних. Вже сьогодні активно ведуться розробки спеціальних магнітних логічних осередків, використання яких планується в пластикових банківських картах. Для отримання доступу до зашифрованих даних, що зберігаються в них, буде кожен раз генеруватися унікальна послідовність чисел. Потенційно це значно збільшить безпеку роботи з рахунками-особливо в розрізі збільшення поширеності гаджетів для віддаленого злому карт.

Майбутнє розвитку спінтроніки також за отриманням енергії

Важливий вектор розвитку спінтроніки полягає в отриманні теплової та електромагнітної енергії від людського тіла, а також бездротового інтернету, інфрачервоного випромінювання і не тільки. Звичайно, альтернативним видом відновлюваної енергії подібні прояви сабжа точно не стануть. Втім, вони допоможуть живити пристрої з категорії інтернету речей, а також носиму електроніку. Та що там, в якості додаткового джерела живлення для мобільних гаджетів спінтроніка точно буде цікавим рішенням. Втім, це-лише мала частина її потенціалу для світу користувальницької електроніки, який може перевернутися з ніг на голову.