Werking van het ‘kwantumbrein’ (afb: Radbouduniversiteit)

Onderzoekers van de Radbouduniversiteit in Nijmegen onder aanvoering van Alexander Chatsjetoerian zouden de eerste stappen gezet hebben op weg naar een ‘kwantumbrein’, dat veel overeenkomsten zou hebben met echte hersens. Ze toonden aan dat ze een netwerk van afzonderlijke atomen onderling konden verbinden, dat zich, tot hun verbazing, ook aanpaste, afhankelijk van de elektrische prikkels.
Slim is een veel misbruikt woord in de hedendaagse wereld van de techniek (meestal is daar weinig slims aan), maar deze ontwikkeling lijkt wel enige aanspraak te kunnen maken op die betiteling. Het zou gaan om materiaal dat leert door zichzelf fysiek te veranderen, het ‘kwantumbrein’ dus.
“Het is duidelijk dat we nieuwe strategieën moeten ontwikkelen om informatie te verwerken en op te slaan op een energiezuiniger manier”, zegt de Nijmeegse hoogleraar. “Dat vereist niet alleen verbeteringen in de technologie maar ook fundamenteel onderzoek in opmerkelijke benaderingen. Ons idee is om een ‘kwantumbrein’ te bouwen dat de toekomst zou kunnen zijn voor ontwikkelingen in de kunstmatige intelligentie.”

Voor ki-toepassingen moet een rekentuig patronen kunnen herkennen. Huidige k-machines doen dat met behulp van zelflerende algoritmes. “Tot nu toe werkt die technologie goed, maar dat is wel een energieverslindend proces”, zegt medeonderzoeker Bert Kappen, hoogleraar neurale netwerken.
De onderzoekers in Nijmegen bekeken of een apparaat hetzelfde zou kunnen doen zonder programmatuur. Ze ontdekten dat als ze een netwerk bouwden van kobaltatomen op een ondergrond van zwart fosfor ze een materiaal in handen hadden dat zowel informatie verwerkt als opslaat, op een manier waarop wij denken dat de hersens functioneren. Het materiaal past zich, al lerende, zelfs aan.

In 2018 lieten Chatsjetoerian en zijn collega’s al zien dat het mogelijk is om in een enkel kobaltatoom informatie op te slaan. Door er spanning op te zetten konden ze dat atoom laten ‘vuren’ zoals neuronen in actie plegen te doen (niks kwantum, gewoon 0 en 1). Nu hebben ze structuren van die atomen gemaakt en zagen ze dat het vuurgedrag daarvan lijkt op dat van hersenachtige systemen in de ki. Daar boven op zouden ze er in geslaagd zijn de kleinst denkbare synaps te maken (een synaps is een verbindingsplaats van een hersencel met een andere).
Zonder dat ze dat beseften bleken die structuren zichzelf aan te passen. De synapsen veranderden hun gedrag afhankelijk van de invoer. Chatsjetoerian: “Als we het materiaal over een langere periode stimuleerden met een bepaalde spanning, zagen we tot onze verbazing dat de synapsen veranderden. Het materiaal paste zijn reactie aan afhankelijk van externe prikkels. Het was zelflerend.” Wat die structuur dan leerde was alleen duister (voor mij; as).

Groter

De onderzoekers willen nu een groter ‘kwantumbrein’ maken en ook naar andere materialen kijken. Verder moeten ze natuurlijk uitzoeken waardoor het materiaal zich zo gedraagt (anders kun je er niet al te veel mee). Chatsjetoerian: “We staan op het punt fundamentele natuurkunde te verbinden met concepten uit de biologie zoals geheugen en leren.”

“Als we op den duur een echte machine maken van dit materiaal, dan zouden we in staat zijn om zelflerende systemen te bouwen die veel energiezuiniger en kleiner zijn dan die we nu hebben. Dat kunnen we echter pas als we begrijpen hoe het werkt. Dat is echt een mysterie.”

Bron: EurekAlert