Un material inteligente que aprende cambiando físicamente a sí mismo, similar a cómo funciona el cerebro humano, podría ser la base de una generación completamente nueva de computadoras. Los físicos de Radboud que trabajan hacia este llamado "cerebro cuántico" han dado un paso importante. Han demostrado que pueden modelar e interconectar una red de átomos individuales, e imitar el comportamiento autónomo de neuronas y sinapsis en un cerebro. Informan de su descubrimiento en Nanotecnología de la naturaleza el 1 de febrero.

Teniendo en cuenta la creciente demanda mundial de capacidad informática, cada vez se necesitan más centros de datos, todo lo cual deja una huella energética en constante expansión. "Está claro que tenemos que encontrar nuevas estrategias para almacenar y procesar información de una manera energéticamente eficiente, "dice el líder del proyecto Alexander Khajetoorians, profesor de microscopía de sonda de barrido en la Universidad de Radboud.

"Esto requiere no solo mejoras en la tecnología, pero también investigación fundamental en enfoques de cambio de juego. Nuestra nueva idea de construir un 'cerebro cuántico' basado en las propiedades cuánticas de los materiales podría ser la base para una solución futura para aplicaciones en inteligencia artificial ".

Cerebro cuántico

Para que la inteligencia artificial funcione, una computadora necesita poder reconocer patrones en el mundo y aprender nuevos. Las computadoras de hoy hacen esto a través de un software de aprendizaje automático que controla el almacenamiento y procesamiento de información en un disco duro de computadora separado. "Hasta ahora, esta tecnología, que se basa en un paradigma centenario, trabajado lo suficiente. Sin embargo, en el final, es un proceso muy ineficiente desde el punto de vista energético, "dice el coautor Bert Kappen, Catedrático de Redes neuronales e inteligencia artificial.

Los físicos de la Universidad de Radboud investigaron si una pieza de hardware podría hacer lo mismo, sin necesidad de software. Descubrieron que al construir una red de átomos de cobalto en fósforo negro pudieron construir un material que almacena y procesa información de manera similar al cerebro. y, aún más sorprendente, se adapta.

Átomos autoadaptables

En 2018, Los khajetoorianos y colaboradores demostraron que es posible almacenar información en el estado de un solo átomo de cobalto. Aplicando un voltaje al átomo, podrían inducir "disparos, "donde el átomo se desplaza entre un valor de 0 y 1 aleatoriamente, como una neurona. Ahora han descubierto una forma de crear conjuntos personalizados de estos átomos, y descubrió que el comportamiento de disparo de estos conjuntos imita el comportamiento de un modelo similar al cerebro utilizado en inteligencia artificial.

Además de observar el comportamiento de las neuronas en punta, pudieron crear la sinapsis más pequeña conocida hasta la fecha. Sin saberlo, observaron que estos conjuntos tenían una propiedad adaptativa inherente:sus sinapsis cambiaban su comportamiento dependiendo de la entrada que "veían". "Al estimular el material durante un período de tiempo más largo con un cierto voltaje, Nos sorprendió mucho ver que las sinapsis realmente cambiaron. El material adaptó su reacción en base a los estímulos externos que recibió. Aprendió por sí mismo ", dice Khajetoorianos.

Explorando y desarrollando el cerebro cuántico

Los investigadores ahora planean ampliar el sistema y construir una red más grande de átomos, así como sumergirse en nuevos materiales "cuánticos" que se pueden utilizar. También, necesitan entender por qué la red de átomos se comporta como lo hace. "Estamos en un estado en el que podemos empezar a relacionar la física fundamental con los conceptos de biología, como la memoria y el aprendizaje, ", dice Khajetoorianos.

"Si eventualmente pudiéramos construir una máquina real a partir de este material, Podríamos construir dispositivos informáticos de autoaprendizaje que sean más eficientes energéticamente y más pequeños que los ordenadores actuales. Todavía, sólo cuando entendamos cómo funciona, y eso sigue siendo un misterio, seremos capaces de ajustar su comportamiento y empezar a desarrollarlo en una tecnología. Es un momento muy emocionante ".