Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Ученые выяснили, как неизбежные дефекты влияют на работу сверхпроводниковых нейронов
Научный коллектив из Института физики твердого тела РАН, МФТИ и СП «Квантовые технологии» исследовал вопрос о том, как неизбежные производственные дефекты влияют на работу искусственных нейронов на основе сверхпроводников. Ученые систематизировали три основных типа асимметрии, которые могут возникать в таких устройствах, и показали, что каждый из них оставляет уникальный «отпечаток» на выходном сигнале нейрона. Эта работа не только объясняет ранее полученные экспериментальные данные, но и предоставляет инженерам мощный инструмент для диагностики и отладки сверхпроводниковых нейросетей — ключевого элемента для создания энергоэффективного искусственного интеллекта будущего.
Современные нейронные сети, лежащие в основе технологий искусственного интеллекта, демонстрируют поразительные способности в обработке данных, но их работа требует колоссальных энергетических затрат. Ключевой элемент таких систем — искусственный нейрон, элементарная вычислительная ячейка, имитирующая работу живой нервной клетки. Один из наиболее перспективных способов снижения энергопотребления таких нейроморфных систем — переход на сверхпроводниковую электронику. Устройства на ее основе способны работать на сверхвысоких частотах и потребляют в тысячи раз меньше энергии по сравнению с полупроводниковыми аналогами.
Внимание российских ученых привлек гаусс-нейрон — сверхпроводниковый прибор, состоящий из двух петель с джозефсоновскими контактами, которые являются сверхпроводниковыми аналогами транзисторов. В идеальном, симметричном случае такой нейрон преобразует входной сигнал в выходной, имеющий форму идеально симметричного купола, математически описываемого функцией Гаусса. Однако при реальном производстве наноразмерных устройств достичь идеальной симметрии практически невозможно. Критические токи джозефсоновских контактов могут немного отличаться, индуктивности плеч интерферометра могут быть неидентичными, а входной управляющий сигнал может подаваться на них с небольшой разбалансировкой. До сих пор не было ясного понимания, как именно каждая из этих потенциальных неисправностей влияет на работу нейрона.
Ученые поставили перед собой цель создать своего рода «диагностический справочник» для разработчиков сверхпроводниковых нейросетей. Они последовательно рассмотрели все три возможных сценария нарушения симметрии и вывели математические уравнения, описывающие передаточную функцию нейрона в каждом из этих случаев. Результаты исследования, поддержанного Российским научным фондом, опубликованы в журнале Beilstein Journal of Nanotechnology.
Федор Разоренов, аспирант МФТИ, прокомментировал: «Есть определенная проблема при диагностике неисправностей сверхпроводниковых нейронов: ключевые параметры (критические токи и индуктивности плеч) нельзя измерить после изготовления нейрона; изучать можно только всю структуру целиком. Информацию об этих величинах приходится извлекать из формы передаточной функции. Наша теория показывает, что каждый тип асимметрии по-своему искажает идеальную куполообразную кривую отклика, оставляя уникальный и узнаваемый след. Научившись читать эти «отпечатки», мы можем с высокой точностью определить, что именно пошло не так при изготовлении конкретной структуры. И наоборот — зная целевые параметры, по полученным формулам легко понять, какой разброс технологических параметров допустим при изготовлении нейрона, а какой слишком сильно исказит передаточную функцию».
Самое важное подтверждение теория получила при сравнении с результатами реального эксперимента, проведенного группой ранее. Экспериментальные данные демонстрировали передаточную функцию в виде почти идеального колокола, но расположенного на заметно наклоненной базовой линии. Теоретическая модель, разработанная в новой статье, однозначно показала, что такой «отпечаток» мог оставить только один тип дефекта — асимметрию подачи входного сигнала. Более того, ученые смогли объяснить и ее причину: даже в физически симметричном образце она может возникать из-за паразитного электромагнитного взаимодействия между управляющей линией и считывающим элементом схемы.
Таким образом, развитый метод позволяет получать информацию о дефектах элементов нейрона, хотя ни один из них не может быть исследован отдельно. Анализируя форму передаточной функции, можно будет проводить диагностику, отбраковывая дефектные образцы или намечая пути совершенствования их конструкции. Это знание критически важно для перехода от единичных лабораторных прототипов к созданию полномасштабных сверхпроводниковых нейроморфных устройств, способных решать сложные задачи искусственного интеллекта с беспрецедентной скоростью и энергоэффективностью.
Telegram 
Дзен 
VK Доставленный с обратной стороны Луны грунт произвел впечатление необычным изотопным составом. Планетологи пришли к выводу, что вещество там стало таким из-за падения гигантского астероида.
Бани в Помпеях существовали еще до полного подчинения города Риму. Они считались символом цивилизованного отдыха. Но под мраморной облицовкой и сводчатыми потолками скрывалась малоприятная реальность. Вода в некоторых купелях больше напоминала сточную жидкость, насыщенную потом, кожным салом и другими продуктами жизнедеятельности человека. Ученые раскрыли эти детали, исследовав не руины зданий, а неприметные известковые отложения на древних трубах и в колодцах. По мнению авторов новой статьи, власть Рима положила конец этой антисанитарии, совершив настоящую гигиеническую революцию.
Нейробиологи выяснили, что чувство физического «я» возникает благодаря электрическим ритмам в теменной коре, которые работают как «тактовая частота» процессора. Управляя этими колебаниями, исследователи смогли менять способность людей отличать собственную руку от резинового протеза.
От рыб произошли все наземные позвоночные, включая нас, но как именно рыбы стали главным населением морей — до последнего времени оставалось неясным. Авторы новой научной работы попытались доказать, что причиной этого было вымирание, возможно, вызванное белыми ночами.
Ученые уверены, что покрытая водяным льдом юпитерианская луна Европа скрывает внутри себя глобальный океан, но сомневаются в его жизнепригодности. В недавнем исследовании они попытались оценить степень активности в недрах спутника и пришли к неутешительному выводу: тектоника там вряд ли способна обеспечить обогащение воды минералами.
В Олдувайском ущелье на севере Танзании ученые обнаружили скелет слона возрастом 1,78 миллиона лет, а рядом с ним — необычные для того времени каменные орудия. Авторы нового исследования полагают, что им удалось найти древнейшее место разделки гигантской добычи.
От рыб произошли все наземные позвоночные, включая нас, но как именно рыбы стали главным населением морей — до последнего времени оставалось неясным. Авторы новой научной работы попытались доказать, что причиной этого было вымирание, возможно, вызванное белыми ночами.
На скалистых берегах аргентинской Патагонии разворачивается настоящая драма. Магеллановы пингвины, долгое время чувствовавшие себя в безопасности на суше в своих многотысячных колониях, столкнулись с новым и беспощадным врагом. Их извечные морские страхи — касатки и морские леопарды — теперь блекнут перед угрозой, пришедшей из глубины материка. Виновник переполоха — грациозный и мощный хищник, недавно вернувшийся на эти земли после долгого изгнания.
Среди самых интригующих открытий космического телескопа «Джеймс Уэбб» — компактные объекты, получившие название «маленькие красные точки». Их видели только в самых дальних уголках Вселенной. Большинство возникло в первый миллиард лет после Большого взрыва, и ученые предполагали, что такие источники представляют собой небольшие компактные галактики. Однако международная команда астрономов пришла к иному выводу. Они предположили, что на самом деле «маленькие красные точки» — черные дыры, окруженные массивной газовой оболочкой.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно