Valon tuleminen peliin

Haluan kertoa teille jotain, mikä koukutti minut täysin. Tämä koskee jokaista laitetta, jota käytät päivittäin.

Kaikki alkoi 1940-luvulla, kun ENIAC näki päivänvalon Pennsylvanian yliopistossa. Se oli valtava – oikeasti huoneen kokoinen – mutta se osoitti, että elektroneilla voi laskea asioita nopeammin kuin ihmisillä.

Sama perusideologia pyörittää jokaista nykylaitettasi. Älypuhelimet, kannettavat, tekoäly – kaikki käyttävät elektroneja.

Mutta nyt ollaan at the wall.

Miksi elektronit väsyvät

Kuvittele elektroneja, jotka kiitävät prosessorin läpi. Ne kuljettavat sähkövarauksia, törmäilevät ympäröiviin rakenteisiin ja tuottavat lämpöä matkallaan. Se on kuin ihmisten työntämistä ahtaassa käytävässä – kaikki hikoilevat ja energiaa menee hukkaan.

Lisää tekoäly reaktioon. Tekoäly tarvitsee valtavia datamääriä käsittelyyn. ChatGPT pyörittää keskustelun aikana melkoista laskentamoottoria. Perinteiset elektroniikat eivät vain kestä tällaista kuormaa.

Valo apuun? Melkein.

Photonit eli valohiukkaset ovat loistavia tiedon kantajia. Niillä ei ole sähkövarausta, joten ne eivät tuota lämpöä samalla tavalla. Ne kiitävät materiaalien läpi minimaalisella energiahäviöllä. Siksi valokuitu toimii niin hyvin.

Mutta on yksi ongelma: photonit eivät osaa tehdä päälle/pois-kytkentää, jota prosessorit tarvitsevat. Jokainen tietokone päättää jatkuvasti, onko signaali päällä vai pois. Photonit eivät yksinkertaisesti pysty tähän.

Siispä valo sopii viestintään, mutta ei laskentaan. Toistaiseksi.

Se mielenkiintoinen juttu: Valo-ainehybridit

Pennsylvanian tutkijat, fyysikko Bo Zhenin johdolla, kehittivät nerokkaan ratkaisun. He loivat exciton-polaritonin – erikoispartikkelin, joka syntyy kun photonit vangitaan äärimmäisen ohueen puolijohdemateriaaliin ja kytketään tiiviisti elektroneihin.

Ajattele sitä pariteaminä. Elektroni hoitaa vuorovaikutuksen ympäristön kanssa ja kytkentäoperaatiot. Photoni tuo nopeuden ja tehokkuuden. Yhdessä ne muodostavat jotain täysin uutta.

Tämä hybridi pystyy suorittamaan signaalinkytkennän, mutta murto-osalla perinteisen elektroniikan energiankulutuksesta. Tutkijat demosivat täysin valopohjaisen kytkennän käyttämällä vain noin 4 kvadriljoonasosaa joulea. Lähes käsittämätön määrä, mutta tietokoneiden maailmassa valtava edistysaskel.

Miksi tämä voi mullistaa tekoälyn

Tässä syy, miksi olen aidosti innoissani. Nykyiset fotoniset tekoälypiirit joutuvat yhä muuntamaan valosignaaleja takaisin sähköisiksi tietyissä käsittelyvaiheissa. Se muunnos on hidasta ja kuluttaa energiaa. Kuvittele huippunopea kilpa-auto, joka joutuu pysähtymään jokaisella huoltoasemalla.

Exciton-polaritoneilla tuo muunnos voisi jäädä pois. Tekoäly voisi pyörittää suurempaa osaa operaatioistaan valolla. Tämä tarkoittaa nopeampaa käsittelyä ja pienempää energialaskua.

Puhumme mahdollisuudesta tekoälypiireistä, jotka prosessoivat tietoa suoraan kameralta ilman valon ja sähkön välistä pompintaa. Tämä voisi tarkoittaa tehokkaampia datakeskuksia, pidemmän akunkeston laitteita ja tekoälyä, joka tekee enemmän vähemmällä.

Realiteettitarkistus

On tärkeää pitää jalat maassa. Tämä on varhaista tutkimusta. Tiimi on osoittanut teknologian toimivuuden laboratoriossa, mutta skaalaaminen käytännön prosessoreiksi on eri asia. Voi mennä vuosia, ennen kuin näemme tämän kuluttajatuotteissa – jos se edes etenee sinne asti.

Mutta tässä on pointti: emme puhu inkrementaalisesta parannuksesta. Tämä on täysin erilainen lähestymistapa laskentateknologiaan. Kun nykyteknologian rajat – lämpö, energiankulutus, transistorien fyysiset rajoitukset – alkavat painostaa, tämän kaltaiset läpimurrot avaavat uusia polkuja.

Joskus suurimmat edistysaskeleet tulevat siitä, että perustukset ajatellaan kokonaan uusiksi. Kahdeksankymmentä vuotta sitten ENIAC osoitti, että elektronit voivat muuttaa maailmaa. Ehkä kahdeksankymmentä vuotta eteenpäin katsotaan, että tämä tutkimus oli toinen käännekohta.

Mitä sinä ajattelet? Kiiihottaako valopohjainen laskenta, vai tuntuuko se liian scifimäiseltä? Kirjoita kommentti alle – haluan kuulla ajatuksiasi!