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 Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
Волны экстремальной жары перестали быть локальной проблемой отдельных стран и превратились в глобальное явление, охватывающее планету во все сезоны года. Международная группа ученых провела масштабное климатическое исследование и выяснила, что жара, затрагивающая сразу несколько континентов, не имеет аналогов как минимум за последние 1200 лет.
Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) выдало разрешение на применение первого в истории целевого лекарства прямого действия, разработанного для борьбы с аденокарциномой поджелудочной железы на поздних стадиях — одной из самых агрессивных и смертоносных опухолей. Ведомство одобрило препарат на полгода раньше намеченного срока, чтобы нуждающиеся пациенты смогли получить терапию как можно быстрее.
Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
Ребенок легче взрослого, быстрее осваивается в новой обстановке и обладает пластичной нервной системой — значит, невесомость он перенесет проще. Это рассуждение звучит убедительно ровно до тех пор, пока ребенка считают уменьшенной копией взрослого. На самом деле его скелет еще набирает прочность, мышцы учатся работать вместе с нервной системой, вестибулярный аппарат настраивает ощущение положения тела, а органы и ткани проходят этапы, которые нельзя повторить после завершения роста. Если в этот период убрать постоянную нагрузку земного притяжения, организм будет не только приспосабливаться к новой среде: он станет формироваться внутри нее. Каким получится результат, медицина сегодня не знает: длительных орбитальных исследований с участием несовершеннолетних не проводилось.
Биологи провели молекулярный анализ тканей человеческого мозга и выяснили, что при тяжелой депрессии останавливается процесс образования новых нейронов. Открытие показало, что природа заболевания кроется не только в химическом дисбалансе нейромедиаторов, но и в физическом нарушении клеточного обновления гиппокампа.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
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