Od premiery ENIAC minęło osiemdziesiąt lat. Był to pierwszy komputer ogólnego przeznaczenia, stworzony przez badaczy z Uniwersytetu Pensylwanii J. Prespera Actonta i Johna Mauchly’ego. Działał na elektronach i to stanowi podstawę dzisiejszego działania laptopa.
Ale elektrony trafiły w ślepy zaułek.
W miarę rozwoju modeli sztucznej inteligencji sprzęt wykorzystuje swoje możliwości. Elektrony niosą ładunek. Ładunek ten powoduje tarcie, opór i ciepło. Marnujemy energię na walkę z termodynamiką, aby zapobiec topnieniu wiórów. Ograniczenia są fizyczne, rygorystyczne i oczywiste.
Bos Zen, fizyk z Uniwersytetu w Pensylwanii, nie czeka na lepsze systemy chłodzenia. Patrzy na światło.
Do fotonów. Są szybkie, bezmasowe i nie posiadają ładunku. Fotony przemieszczają się wzdłuż światłowodu przy minimalnych stratach energii. Jednakże strasznie ze sobą współdziałają. Fotony są jak duchy: przechodzą przez bramki logiczne, których komputery potrzebują do przełączania i podejmowania decyzji. Li He, współautor nowego badania, stwierdza bez ogródek:
„Ponieważ są neutralne pod względem ładunku i mają zerową masę spoczynkową… ta neutralność oznacza, że prawie nie wchodzą w interakcje, co czyni je szkodliwymi dla logiki przełączania sygnału”.
Mamy najszybszych „kurierów”, ale są oni bezużyteczni do obliczeń. A przynajmniej tak się wydawało.
Sprawianie, że światło zachowuje się jak materia
Zespół Zen znalazł obejście. Nie zmuszali fotonów do „komunikowania się”. Połączyli je z czymś innym.
Naukowcy stworzyli ekscytony-polarytony w ultracienkim półprzewodniku. Półświatło, pół elektron – kwazicząstka. Wynik? Utrzymujesz prędkość światła, ale teraz ma ono masę. Ona wchodzi w interakcję. Potrafi przełączać sygnały. Potrafi obliczyć.
Większość nowoczesnych chipów fotonicznych jest „czytelna”. Wykorzystują światło na duże odległości – transmisja danych. Ale gdy tylko nastąpi etap nieliniowy (na przykład funkcja aktywacji w sieciach neuronowych), sygnał jest ponownie przekształcany na energię elektryczną. Transformacja. Obliczenie. Po raz kolejny metamorfoza.
Takie cykle spowalniają wydajność, zużywają energię i negują wszelkie korzyści.
Demonstracja zen nie obejmowała pośredników. Czyste przełączanie optyczne. Koszty energii? Cztery biliardowe części dżula. To praktycznie nic. Mniej energii niż potrzeba do mrugnięcia małej diody LED.
Koniec z konwersjami
Jeśli technologia ta zostanie rozwinięta na większą skalę, konsekwencje będą złożone, ale obiecujące. Przyszłe chipy AI będą mogły odbierać dane bezpośrednio z czujników aparatu. Brak transmisji elektrycznej. Światło przychodzi, światło wychodzi, wynik jest gotowy.
Obniży to rachunki za energię w przypadku ogromnych systemów sztucznej inteligencji. Być może jeśli nauczymy się produkować takie urządzenia na skalę przemysłową. Krążą pogłoski, że technologia ta może wspierać funkcje obliczeń kwantowych. To wciąż wczesny dzień.
Kto jako pierwszy otrzyma takie chipy? Laboratoria. Zawsze laboratoria.
Badanie zatytułowane „Strongly Nonlinear Nanocavity…” zostało opublikowane w kwietniu ubiegłego roku w czasopiśmie Physical Review Letters. Zeng zajmuje stanowisko profesora Gene K. Lee. Wcześniej współpracował z Li He, obecnie adiunktem na Uniwersytecie w Montanie. W pracach uczestniczyli także Ji Wang i Bumho Kim.
Finansowanie zapewniła Marynarka Wojenna Stanów Zjednoczonych i Fundacja Sloana. Technologia już istnieje. Bariery inżynierskie też.
Być może już niedługo będziemy pracować w świecie. Albo możemy po prostu szybciej wyczerpać zasoby, próbując zmusić elektrony do sprostania nowym wymaganiom. W każdym razie fala się zmienia.
