Une équipe de recherche internationale développe du nouveau matériel pour l’informatique neuromorphique

À l’avenir, les machines modernes devraient non seulement suivre les algorithmes de manière rapide et précise, mais aussi fonctionner intelligemment, c’est-à-dire d’une manière qui ressemble au cerveau humain. Des scientifiques de Dortmund, Loughborough, Kiev et Nottingham ont développé un concept inspiré de la vue qui pourrait rendre la future intelligence artificielle beaucoup plus compacte et efficace.

Ils ont construit un réservoir phonon-magnon sur puce pour l’informatique neuromorphique qui a récemment été présenté comme le point culminant de l’éditeur par Communications naturelles.

Les organes sensoriels humains convertissent des informations telles que la lumière ou l’odeur en un signal que le cerveau traite par l’intermédiaire de myriades de neurones reliés par encore plus de synapses. La capacité du cerveau à s’entraîner, à savoir transformer les synapses, combinée au grand nombre de neurones, permet aux humains de traiter des signaux externes très complexes et d’y répondre rapidement.

Les chercheurs tentent d’imiter le principe de transmission du signal et d’entraînement avec des systèmes informatiques neuromorphiques complexes, des systèmes qui ressemblent aux structures neurobiologiques du système nerveux humain. Cependant, les technologies modernes sont encore infiniment loin d’atteindre une densité et une efficacité d’information comparables.

L’une des approches destinées à améliorer les systèmes neuromorphiques est le cadre informatique de réservoir. Ici, les signaux d’entrée sont cartographiés dans un espace multidimensionnel appelé réservoir. Le réservoir n’est pas formé et accélère uniquement la reconnaissance par un réseau neuronal artificiel simplifié.

Cela se traduit par une énorme réduction des ressources informatiques et du temps de formation. La vision humaine est un exemple typique d’informatique à réservoir naturel : dans l’œil, les informations visuelles sont prétraitées par des centaines de millions de photorécepteurs de la rétine et converties en signaux électriques qui sont transmis au cerveau par le nerf optique. Ce processus réduit considérablement la quantité de données traitées dans le cerveau par le cortex visuel.

Les systèmes informatiques modernes peuvent émuler les fonctions de réservoir lorsqu’ils traitent des signaux numérisés. Cependant, une avancée fondamentale sera réalisée lorsque le calcul des réservoirs pourra être effectué directement avec des signaux analogiques par un système physique naturel, comme dans la vision humaine.

L’équipe internationale composée de chercheurs de Dortmund, Loughborough, Kiev et Nottingham a développé un concept novateur qui rapproche considérablement de telles avancées.

Le concept suggère un réservoir à base d’ondes acoustiques (phonons) et d’ondes de spin (magnons) mélangées dans une puce de 25x100x1 microns cubes. La puce se compose d’un guide d’ondes acoustiques multimode à travers lequel de nombreuses ondes acoustiques différentes peuvent être transmises et qui est recouvert d’un film magnétique à motifs de 0,1 micron d’épaisseur.

Les informations délivrées par le train d’impulsions laser ultracourtes sont prétraitées avant la reconnaissance par conversion en paquet d’ondes phonon-magnon se propageant. Les courtes longueurs d’onde des ondes qui se propagent entraînent une densité d’informations élevée, ce qui permet la reconnaissance fiable de formes visuelles dessinées par un laser sur une zone remarquablement petite de moins d’un photopixel.

Le professeur Alexander Balanov de l’Université de Loughborough, l’un des auteurs du concept, déclare : « Le potentiel du système physique proposé comme réservoir nous a été immédiatement évident en raison de son étonnante combinaison de variabilité et de multidimensionnalité. »

Son collègue, le professeur Sergueï Savel’ev, souligne la similitude du principe de fonctionnement démontré avec la fonctionnalité du cerveau humain : « La fonctionnalité du réservoir développé est basée sur l’interférence et le mélange des ondes générées optiquement, ce qui est très similaire à celui récemment mécanisme suggéré du traitement de l’information dans le cortex biologique.

Le Dr Alexey Scherbakov, qui a dirigé le projet à l’université TU de Dortmund, déclare : « Notre concept est très prometteur car il est basé sur la conversion du signal de revenu en ondes acoustiques haute fréquence, comme dans les appareils de communication sans fil modernes. »

« Notre gamme de fréquences acoustiques au-dessus de 10 GHz est un peu plus élevée que celle disponible actuellement, mais elle est ciblée par les prochaines normes de communication sans fil. Ainsi, qui sait, probablement dans quelques années, votre téléphone portable vous aidera à prendre des décisions très humaines. « .