الذكاء الاصطناعي

أصبحت أنظمة الذكاء الاصطناعي محدودة بشكل متزايد

بهذه الطريقة، الخلايا العصبية الاصطناعية، فائقة الكفاءة، الضوئية؟

تتصرف دائرة الموصلية الفائقة NIST الموضحة أعلاه كنسخة اصطناعية من المشبك، أو اتصال بين الخلايا العصبية، أو الخلايا العصبية، في الدماغ. إس خان وب. بريمافيرا / نيست

أصبحت أنظمة الذكاء الاصطناعي محدودة بشكل متزايد بسبب الأجهزة المستخدمة لتنفيذها.

 تأتي الآن دائرة فوتونية جديدة فائقة التوصيل تحاكي الروابط بين خلايا الدماغ – تحرق 0.3 في المائة فقط من طاقة نظيراتها البشرية بينما تعمل بسرعة تزيد بنحو 30 ألف مرة.

في الشبكات العصبية الاصطناعية، يتم تغذية مكونات تسمى الخلايا العصبية بالبيانات وتتعاون لحل مشكلة ما، مثل التعرف على الوجوه.

 تقوم الشبكة العصبية بشكل متكرر بتعديل نقاط الاشتباك العصبي – الروابط بين الخلايا العصبية الخاصة بها – وتحدد ما إذا كانت أنماط السلوك الناتجة أفضل في إيجاد حل.

 بمرور الوقت، تكتشف الشبكة الأنماط الأفضل في نتائج الحوسبة. ثم تتبنى هذه الأنماط كإعدادات افتراضية، تحاكي عملية التعلم في الدماغ البشري.

على الرغم من أن أنظمة الذكاء الاصطناعي تبحث بشكل متزايد عن تطبيقات واقعية، إلا أنها تواجه عددًا من التحديات الرئيسية، نظرًا للأجهزة المستخدمة لتشغيلها. أحد الحلول التي بحثها الباحثون لحل هذه المشكلة هو تطوير أجهزة كمبيوتر ” عصبية الشكل ” مستوحاة من الدماغ.

“عندما أنظر حولي في جميع المفاهيم التي تم اكتشافها، أشعر حقًا أننا على وشك تحقيق شيء ما.”

على سبيل المثال، قد ” ترتفع ” مكونات الرقائق الدقيقة ذات الشكل العصبي، أو تولد إشارة خرج، فقط بعد أن تتلقى قدرًا معينًا من إشارات الإدخال خلال فترة زمنية معينة، وهي استراتيجية تحاكي عن كثب كيفية تصرف الخلايا العصبية البيولوجية الحقيقية. 

من خلال إطلاق النبضات في حالات نادرة، تتنقل هذه الأجهزة حول بيانات أقل بكثير من الشبكات العصبية الاصطناعية النموذجية، وتتطلب، من حيث المبدأ، طاقة ونطاقًا تردديًا أقل بكثير للاتصالات.

ومع ذلك، عادةً ما تستخدم الأجهزة العصبية الشكل الإلكترونيات التقليدية، والتي تنتهي في النهاية بالحد من تعقيدها وسرعتها.

 على سبيل المثال، يمكن أن تمتلك كل خلية من الخلايا العصبية البيولوجية عشرات الآلاف من المشابك العصبية، لكن الأجهزة العصبية الشكل تكافح لربط الخلايا العصبية الاصطناعية ببضعة أخرى.

 أحد الحلول هو تعدد الإرسال، حيث قد تحمل قناة بيانات واحدة العديد من الإشارات في نفس الوقت. ومع ذلك، عندما تصبح الرقائق أكبر وأكثر تعقيدًا، قد تتباطأ العمليات الحسابية.

في دراسة جديدة، اكتشف الباحثون استخدام أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية لتوصيل الخلايا العصبية بدلاً من ذلك.

 يمكن للوصلات الضوئية، أو الأدلة الموجية، من حيث المبدأ أن تربط كل خلية عصبية بآلاف الآخرين بمعدلات اتصال بسرعة الضوء.

استخدم العلماء أجهزة أسلاك نانوية فائقة التوصيل قادرة على اكتشاف فوتونات مفردة. هذه الإشارات الضوئية هي أصغر ما يمكن، وتشكل الحد المادي لكفاءة الطاقة.

يُظهر تقديم هذا الفنان كيف يمكن استخدام الدوائر فائقة التوصيل التي تحاكي نقاط الاشتباك العصبي – نقاط الاتصال بين الخلايا العصبية في الدماغ – لإنشاء عصبونات إلكترونية بصرية اصطناعية في المستقبل.

غالبًا ما يكون إجراء الحسابات العصبية الضوئية أمرًا صعبًا لأن التجاويف الضوئية التي يمكن أن تحبس الضوء لفترات طويلة من الوقت تكون مطلوبة عادةً. 

إن إنشاء مثل هذه التجاويف، وربطها بالعديد من الأدلة الموجية، يعد أمرًا صعبًا للغاية لتحقيقه على شريحة ميكروية متكاملة.

بدلاً من ذلك، طور الباحثون دوائر هجينة، حيث تم تحويل الإشارات الناتجة من كل كاشف إلى نبضات كهربائية فائقة السرعة يبلغ طولها حوالي 2 بيكو ثانية.

 تتكون كل من هذه النبضات من تذبذب مغناطيسي واحد، أو تدفق، داخل شبكة من أجهزة التداخل الكمومي فائقة التوصيل، أو الحبار.

يقول جيفري شاينلين ، الباحث في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST): “لقد قمنا بعمل نظري لسنوات لمحاولة تحديد المبادئ التي ستمكن التكنولوجيا التي يمكنها تحقيق الحدود المادية للحوسبة العصبية”.

 “لقد أوصلنا السعي وراء هذا الهدف إلى هذا المفهوم – الجمع بين الاتصال البصري على مستوى الفوتون المفرد والحساب العصبي الذي تقوم به تقاطعات جوزيفسون.”

تتكون الحبار من وصلة واحدة أو أكثر من وصلات جوزيفسون – وهي عبارة عن شطيرة من مواد فائقة التوصيل مفصولة بغشاء عازل رقيق.

 إذا تجاوز التيار عبر تقاطع جوزيفسون قيمة عتبة معينة، يبدأ الحبار في إنتاج التدفقات.

عند استشعار الفوتون، ينتج كاشف الفوتون المفرد التدفقات، التي تتجمع كتيار في حلقة التوصيل الفائقة للحديد.

 يعمل هذا التيار المخزن كشكل من أشكال الذاكرة، حيث يوفر سجلاً لعدد المرات التي تنتج فيها الخلايا العصبية ارتفاعًا.

يقول شاينلاين: “كان من المدهش أنه كان من السهل جدًا تشغيل الدوائر”. “استغرق التصنيع والتجارب وقتًا طويلاً في مرحلة التصميم، لكن الدوائر عملت في الواقع في المرة الأولى التي صنعناها فيها. وهذا يبشر بالخير لقابلية التوسع المستقبلية لهذه الأنظمة “.

قام العلماء بدمج كاشف الفوتون المفرد مع تقاطع جوزيفسون ، مما أدى إلى إنشاء مشابك فائقة التوصيل.

 لقد حسبوا أن المشابك قادرة على رفع معدلات تتجاوز 10 مليون هرتز بينما تستهلك ما يقرب من 33 أتوجول من الطاقة لكل حدث متشابك (التوجول هو 10-18 من الجول).

 في المقابل، تمتلك الخلايا العصبية البشرية معدل ارتفاع أقصى يبلغ حوالي 340 هرتز وتستهلك ما يقرب من 10 فيمتوجول لكل حدث متشابك (الفيموجول هو 10-15 من الجول).

يقول شاينلاين: “عندما أنظر حولي في جميع المفاهيم التي تم اكتشافها، أشعر حقًا أننا بصدد تحقيق شيء ما”. “يمكن أن يكون تحويليًا بعمق.”

بالإضافة إلى ذلك، يمكن للعلماء تغيير الناتج من أجهزتهم من مئات النانو ثانية إلى ميلي ثانية. هذا يعني أن الجهاز يمكنه التفاعل مع مجموعة من الأنظمة، من الإلكترونيات عالية السرعة إلى تفاعلات أكثر راحة مع البشر.

في المستقبل، سيقوم الباحثون بدمج نقاط الاشتباك العصبي الجديدة مع مصادر الضوء على الرقاقة لإنشاء خلايا عصبية فائقة التوصيل متكاملة تمامًا.

يقول شاينلاين: “هناك تحديات كبيرة متبقية هناك، ولكن إذا تمكنا من دمج الجزء الأخير، فهناك العديد من الأسباب للاعتقاد بأن النتيجة يمكن أن تكون منصة حسابية ذات قوة هائلة للذكاء الاصطناعي”.

قام العلماء مؤخرًا بتفصيل نتائجهم على الإنترنت في مجلة Nature Electronics .

المصدر: spectrum

قد يهمك:

خبير سيو

دليل تحسين محركات البحث (SEO)

توثيق سناب شات

حذف حساب سناب شات

توثيق حساب تيك توك

شركة كتابة محتوى

طريقة عمل اعلانات سناب شات

التسويق عبر انستقرام

ما هي تجربة المستخدم؟

خبير تسويق الكتروني

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *