เครือข่ายของอะตอมที่เชื่อมต่อถึงกันสามารถใช้สร้าง “สมองควอนตัม” ที่เลียนแบบวิธีที่สมองเรียนรู้ได้จริง ระบบใหม่นี้ประกอบด้วยอาร์เรย์ของอะตอมโคบอลต์บนสารตั้งต้นของฟอสฟอรัสดำ และนักพัฒนาที่มหาวิทยาลัย Radboudในประเทศเนเธอร์แลนด์กล่าวว่าระบบนี้สามารถนำไปประยุกต์ใช้กับปัญญาประดิษฐ์ได้ สมองของมนุษย์ประกอบด้วยเซลล์ประสาทประมาณ 1 แสนล้านเซลล์
ในเครือข่ายที่เชื่อมต่อกัน เมื่อใดก็ตามที่เราทำงาน
เซลล์ประสาทเหล่านี้จะรับสัญญาณไฟฟ้าจากเซลล์ประสาทอื่นๆ ในเครือข่ายผ่านโครงสร้างเล็กๆ คล้ายทางแยกที่เรียกว่าไซแนปส์ เมื่อผลรวมของสัญญาณในไซแนปส์ถึงค่าวิกฤต เซลล์ประสาทจะ “ยิง” โดยส่งชุดแรงดันไฟฟ้าแหลมไปยังเซลล์ประสาทอื่นๆ ความแรงของการเชื่อมต่อระหว่างเซลล์ประสาทต่างๆ เรียกว่าน้ำหนัก synaptic และสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตลอดเวลาเมื่อเราเรียนรู้สิ่งใหม่ ๆ และทำงานใหม่
อุปกรณ์ที่ได้รับแรงบันดาลใจจากสมองหรือ neuromorphic ในปัจจุบันจำนวนมากใช้การเรียนรู้ของเครื่อง ซึ่งเป็นกระบวนการที่คอมพิวเตอร์ใช้ซอฟต์แวร์หรืออัลกอริธึมในการฝึกชุดตัวอย่างที่กำหนด เพื่อพัฒนาความสามารถในการทำงานใหม่อย่างอิสระ โมเดลการเรียนรู้ด้วยเครื่องดังกล่าวเรียกว่าเครื่อง Boltzmann ในแง่กายภาพ เครื่อง Boltzmann เป็นระบบการหมุนแบบโต้ตอบ (Ising) ซึ่งการหมุนแบบสุ่ม (หรือโมเมนต์แม่เหล็ก) เป็นตัวแทนของเซลล์ประสาท
อะตอมแม่เหล็กบนพื้นผิวกำลังเกิดขึ้นเป็นแพลตฟอร์มสำหรับการรับรู้ถึงเครื่องจักรดังกล่าว เนื่องจากเป็นไปได้ที่จะใช้พวกมันเพื่อสร้างเครือข่ายการหมุนที่ปรับแต่งได้ซึ่งแสดงการเคลื่อนไหวแบบสุ่มที่จำเป็น ปัญหาคือปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนแม่เหล็กระหว่างอะตอมเหล่านี้มักจะมีช่วงสั้น ๆ ซึ่งจำกัดจำนวนการเชื่อมต่อกับอะตอม/เซลล์ประสาทอื่น ๆ ที่สามารถเกิดขึ้นได้
อะตอมโคบอลต์คู่ต่อกันนักวิจัยที่นำโดยAlexander KhajetooriansและHilbert Kappenได้สร้างเครื่องจักร Boltzmann ที่ปรับตัวเองได้โดยการใช้ประโยชน์จากไดนามิกของวงโคจรของอะตอมโคบอลต์คู่กันที่วางอยู่บนฟอสฟอรัสดำ
งานใหม่นี้สร้างขึ้นจากการทดลองก่อนหน้านี้
ซึ่งพวกเขาค้นพบว่าสามารถเก็บข้อมูลไบนารีบิต (0s และ 1s) ในสถานะอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมโคบอลต์เดี่ยวเมื่อวางบนเซมิคอนดักเตอร์สองมิตินี้และใช้แรงดันไฟฟ้า ไปที่อะตอม
Khajetoorians, Kappen และเพื่อนร่วมงานใช้ปลายกล้องจุลทรรศน์แบบอุโมงค์สแกนเพื่อจัดตำแหน่งอะตอมโคบอลต์บนวัสดุ 2D และสร้างการมีเพศสัมพันธ์ระยะยาวระหว่างอะตอม พวกเขาพบว่าเมื่อพวกเขาใช้แรงดันไฟฟ้ากับเครือข่ายอะตอม มันสร้างสัญญาณเอาต์พุตที่มาจากอิเล็กตรอน “กระโดด” จากอะตอมโคบอลต์หนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่ง สัญญาณเอาท์พุตนี้ค่อนข้างคล้ายกับการยิงที่เกิดจากเซลล์ประสาท
การเปลี่ยนแปลงน้ำหนัก Synapticเช่นเดียวกับการสังเกตพฤติกรรมการพุ่งสูงขึ้นในสัญญาณเอาต์พุต นักวิจัยสังเกตเห็นว่าอะตอมของโคบอลต์ตระหง่านมีพฤติกรรมแตกต่างกันขึ้นอยู่กับสิ่งที่พวกเขาได้รับ ตัวอย่างเช่น เมื่อวัสดุถูกกระตุ้นเป็นระยะเวลานานขึ้นด้วยแรงดันไฟฟ้าที่แน่นอน อะตอมที่มีหน่วยความจำคล้ายไซแนปส์จะจัดระเบียบใหม่โดยอัตโนมัติตามการตอบสนอง ซึ่งมีผลทำให้น้ำหนักของซินแนปส์เปลี่ยนแปลงไป “เนื้อหาที่เรียนรู้ด้วยตัวเอง” Khajetoorians กล่าว
เครือข่ายที่ปรับแต่งด้วยไฟฟ้าเรียนรู้ได้อย่างรวดเร็วWolfram Perniceนักฟิสิกส์และนักนาโนเทคโนโลยีแห่งมหาวิทยาลัย Münsterในเยอรมนี ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษานี้ เรียกงานใหม่นี้ว่า “ดีมาก” “สิ่งที่น่าตื่นเต้นเป็นพิเศษคือความจริงที่ว่ากระบวนการเรียนรู้ถูกนำไปใช้โดยตรงในเนื้อหา” เขากล่าวกับPhysics World “การใช้แต่ละอะตอมเพื่อสร้างเซลล์ประสาทเทียมและไซแนปส์นั้นสวยงามมาก”
Khajetoorians และเพื่อนร่วมงานกล่าวว่า
ตอนนี้พวกเขาวางแผนที่จะขยายระบบของพวกเขาให้เป็นเครือข่ายอะตอมโคบอลต์ที่ใหญ่ขึ้น พวกเขายังต้องการศึกษาอะตอมแม่เหล็กอื่น ๆ ด้วยความพยายามที่จะเข้าใจว่าทำไมเครือข่ายอะตอมเหล่านี้จึงประพฤติตามที่พวกเขาทำ พวกเขารายงานการค้นพบของพวกเขาในNature Nanotechnology
“ในอนาคต อุปกรณ์หลักสำหรับการตรวจจับไลดาร์และการประมวลผลด้วยเลเซอร์สามารถทำได้โดยใช้ PCSEL” Noda กล่าวสรุป นักวิจัยสหรัฐฯ เปิดเผยแหล่งกำเนิดแสงขนาดกะทัดรัดแบบบูรณาการที่สร้างลำแสงเลเซอร์หลายลำพร้อมกันด้วยโมเมนตาเชิงมุมที่สูงมากต่างกัน เทคโนโลยีนี้อาจเป็นก้าวสำคัญสู่การทำมัลติเพล็กซ์โมเมนตัมเชิงมุมในวงกว้าง ซึ่งอาจเพิ่มความเร็วอินเทอร์เน็ตได้อย่างมาก
ปฏิกิริยาระหว่างสัญญาณไฟในใยแก้วนำแสงนั้นเล็กน้อยมาก ซึ่งหมายความว่าสัญญาณหลายตัวสามารถเคลื่อนที่ไปตามเส้นใยเดียวกันได้พร้อมกันในกระบวนการที่เรียกว่ามัลติเพล็กซ์ ในขณะที่ความหิวกระหายของโลกในการถ่ายโอนข้อมูลที่รวดเร็วยิ่งขึ้นอย่างไม่รู้จักพอ แผนงานต่างๆ ในการใช้มัลติเพล็กซ์เพื่อบีบข้อมูลลงในเส้นใยมากขึ้นจึงได้รับการพัฒนาขึ้น
เพื่อให้แน่ใจว่าสัญญาณจะไม่ปะปนกัน ต้องส่งสัญญาณโดยใช้ช่องสัญญาณอิสระหรือมุมฉาก ตัวเลือกหนึ่งที่ยั่วเย้าและดูเหมือนง่ายคือการเข้ารหัสข้อมูลลงในสถานะโมเมนตัมเชิงมุมมุมฉากของโฟตอน โดยแต่ละสถานะเป็นช่องสัญญาณอิสระ
โฟตอนโมเมนตัมเชิงมุมที่คุ้นเคยมากที่สุดคือโพลาไรซ์แบบวงกลมหรือแบบหมุน สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการหมุนแกนของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กรอบหน้าคลื่นเมื่อโฟตอนแพร่กระจาย บริษัทโทรคมนาคมหลายแห่งกำลังทำงานเพื่อรวม “การแบ่งขั้วแบบแบ่งขั้ว” ไว้ในระบบของตน อย่างไรก็ตาม โพลาไรซ์แบบวงกลมมีสถานะตั้งฉากเพียงสองสถานะ ดังนั้นจึงสามารถเพิ่มความจุของเครือข่ายได้สองเท่า
มัลติเพล็กซ์อนันต์โฟตอนยังมีโมเมนตัมเชิงมุมของวงโคจร (OAM) ซึ่งเกี่ยวข้องกับหน้าคลื่นที่ม้วนตัวอยู่รอบแกนของการแพร่กระจาย การพิจารณาสมมาตรกำหนดให้ต้องคำนวณหาปริมาณ แต่ไม่มีข้อจำกัดอื่นๆ ว่าหน้าคลื่นสามารถม้วนได้แน่นเพียงใด OAM – และด้วยเหตุนี้ จำนวนที่เป็นไปได้ของสัญญาณแบบทวีคูณ – โดยหลักการแล้ว ไม่มีที่สิ้นสุด
อย่างไรก็ตาม สัญญาณมัลติเพล็กซ์โดยใช้ OAM ในการตั้งค่าที่สมจริงนั้นค่อนข้างยุ่งยาก แม้ว่าแหล่งกำเนิดแสงจะสร้างลำแสงที่มี OAM สูง แต่การเปลี่ยน OAM นั้นจำเป็นต้องมีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว เช่น metasurfaces ซึ่งไม่สามารถทำได้สำหรับแหล่งโทรคมนาคมความเร็วสูงนอกห้องปฏิบัติการ แม้ว่าเลเซอร์จะสามารถทำการสวิตชิ่งได้เร็วมาก แต่ก็ให้ OAM ที่ค่อนข้างต่ำ
Credit : perulionsclubnewyork.org petermazz.com phicomputer.com photoshopdersi.net
