کاهش انرژی مورد نیاز هوش مصنوعی با سخت‌افزار کوانتومی

به گزارش کارگروه فناوری اطلاعات سایبربان؛ در حال حاضر تنها برای حل یک معما یا پیروزی هوش مصنوعی در یک بازی، ممکن است نیاز باشد نرم‌افزار آن توسط هزاران رایانه متصل به یکدیگر پردازش شود. در نتیجه برای مثال باید 3 نیروگاه هسته‌ای به صورت هم‌زمان فعالیت کنند تا توان مورد نیاز نرم‌افزار هوش مصنوعی تأمین گردد.

با وجود این محققان معتقدند سخت‌افزارهایی که می‌توانند با استفاده از هوش‌های مصنوعی که هم‌اکنون در پلتفرم‌های نرم‌افزاری اجرا می‌شوند، مهارت‌های مختلفی را آموزش ببینند، میزان مصرف انرژی مورد نیاز برای پردازش‌های هوش مصنوعی را کاهش خواهند داد.

به اشتراک‌گذاری ویژگی‌های هوشمندی میان سخت‌افزار و نرم‌افزار انرژی مورد نیاز را برای به کارگیری هوش مصنوعی پیشرفته در ابزارهایی مانند خودروهای بی راننده یا تحقیقات کشف دارو، کاهش خواهد داد.

شهران رامانتام (Shriram Ramanathan)، استاد مهندسی مواد دانشگاه پردو گفت:

بیشتر چالش‌های هوش مصنوعی به نرم‌افزار مربوط می‌شود. اگر شما بتواند علاوه بر رویدادهایی که نرم‌افزار رخ می‌دهد، هوش مورد نظر را در مدارها نیز مورداستفاده قرار دهید، امکان انجام کارهایی را به دست خواهید آورد که تکمیل آن در بسترهای امروزی امکان‌پذیر نیست.

توسعه سخت‌افزارهای مجهز به هوش مصنوعی همچنان در مراحل اولیه خود قرار دارد. تاکنون دانشمندان مختلفی از سراسر جهان موفق به ساخت تراشه‌های مجهز به هوش مصنوعی شده‌اند؛ اما مصرف انرژی بالای همه آن‌ها همچنان مشکل آفرین است.

رامانتام توضیح داد، با توجه به این هوش مصنوعی به صورت روزافزون در زندگی انسان‌ها حضور پیدا می‌کند، وابستگی بیش از اندازه به نرم‌افزارهایی که انرژی بسیار زیادی مصرف می‌کنند قابل‌قبول نیست. اگر نرم‌افزار و سخت‌افزارها بتوانند ویژگی‌های هوشمند خود را در یک ناحیه سیلیکونی خاص با یکدیگر به اشتراک بگذارند، می‌توان مصرف انرژی را کاهش داد.

رامانتام و گروهش اولین افرادی هستند که موفق شدند یک حافظه مصنوعی درخت شکل را در دمای اتاق در یک سخت‌افزار پیاده‌سازی کنند؛ اما در گذشته توسعه و به کارگیری چنین سخت‌افزاری تنها در دماهای بسیار پایین امکان‌پذیر بود.

سخت‌افزاری که پژوهشگران توسعه داده‌اند «ماده کوانتمی» (quantum material) نام دارد. این مواد از خواص فیزیک کوانتومی بهره می‌برند. در این تراشه، نرم‌افزار از یک حافظه درخت شکل بهره می‌گیرد که اطلاعات را در شاخه‌های مختلف خود ذخیره می‌کند. این ویژگی باعث می‌شود بازیابی اطلاعات در زمان یادگیری مهارت یا وظایف جدید با سرعت بیشتری انجام شود. این نوع حافظه با الگوبرداری از شیوه طبقه‌بندی اطلاعات در مغز انسان توسعه پیدا کرده است.

های تیان ژانگ (Hai-Tian Zhang)، دانشجوی فوق دکترای دانشکده مهندسی پردو گفت:

حافظه انسان‌ها، ساختاری مشابه درخت دارد. برای مثال ما سیب را زیر مجموعه شاخه میوه و فیل را در دسته حیوانات قرار می‌دهیم. تقلید از این ویژگی در سخت‌افزار، ظرفیت‌های محاسباتی بالقوه‌ای را فراهم می‌آورد.

محققان برای توسعه سخت‌افزار کوانتومی خود پروتون را با ماده‌ای به نام «اکسید نیکل نئودیمیم» (neodymium nickel oxide) همسان‌سازی کردند. آن‌ها متوجه شدند که استفاده از پالس الکترونیکی روی مواد باعث حرکت پروتون می‌شود. هر موقعیت جدید از پروتون یک حالت مقاومتی متفاوت به وجود می‌آورد که با عنوان حالت حافظه شناخته می‌شوند. در نتیجه پالس‌های الکتریکی چندگانه، یک حافظه درخت شکل و چند شاخه را به وجود می‌آورد.

رامانتام شرح داد:

ما می‌توانیم با استفاده از قوانینی فیزیک کوانتوم هزاران حالت حافظه را در ماده یاد شده به وجود آوریم. این ماده حالت‌های به وجود آمده را حفظ کرده و ما به سادگی در اطراف پروتون حرکت می‌کنیم.

محققان در زمان شبیه‌سازی دریافتند که ماده به کار گرفته شود، امکان یادگیری اعداد 0 تا 9 را دارد. این فرایند یکی از پایه‌ای‌ترین روش‌های آزمایش هوش مصنوعی است. این تحقیقات نشان داد که سخت‌افزارها می‌توانند در دمای اتاق، فشار کاری نرم‌افزار را کاهش دهند.

رامانتام اظهار کرد:

کشف یاد شده مرزهای جدیدی را برای هوش‌های مصنوعی که تاکنون نادیده گرفته می‌شدند باز کرده است.

ژانگ با اشاره به این که ماده کوانتومی می‌تواند امکان برقراری ارتباط طبیعی‌تر میان انسان و هوش مصنوعی را فراهم کند، گفت:

پروتون‌ها انتقال‌دهنده طبیعی اطلاعات در بدن انسان‌ها به شمار می‌آیند. ابزاری که از پروتون برای انتقال داده‌ها بهره می‌گیرد، ممکن است به عنصری حساس برای دستیابی به قابلیت برقراری ارتباطات میان ارگانیسم‌های زنده و قطعات الکترونیکی باشد. برای مثال می‌توان به ایمپلنت مغزی اشاره کرد.

پژوهشگران دانشگاه‌های کالیفرنیا و ساندیگو نیز به طور مشابه در حال آزمایش مواد کوانتومی هستند. این افراد از امکانات آزمایشگاه‌های ملی آرگون و بروکهیون وزارت انرژی آمریکا بهره می‌برند. آن‌ها نشان داده‌اند که می‌توان با استفاده از پالس الکتریکی، پروتون را در اکسید نیکل نئودیمیم حرکت داد. این تحقیقات در زمینه برقراری ارتباطات طبیعی انجام گرفته و به نظر می‌رسد محققان دانشگاه‌های ایلینویز، لوییویل و آیووا هم در توسعه آن همکاری کرده‌اند.

لیلیان گیلبرث (Lillian Gilbreth)، از دانشگاه پردو، دفتر علوم تحقیقات نیروی هوایی و وزارت انرژی آمریکا از تحقیقات یاد شده حمایت می‌کنند.