Úvod
Věda
Planeta země
Historie
Zajímavosti
Lifestyle
Záhady a napětí
Spinové vlny jako klíč k udržitelnější AI

Rostoucí vliv umělé inteligence s sebou nese i obrovské energetické nároky, které zase přinášejí rozsáhlé klimatické výzvy.

Ondřej Wojewoda z CEITEC VUT ve své dizertační práci přináší revoluční řešení: pomocí Mieho rezonancí v dielektrických materiálech vyvinul metodu, která umožňuje efektivní měření krátkých spinových vln běžnou laboratorní technikou.

Ondřejův objev přináší zásadní posun v dostupnosti výzkumu spinových vln, které mají potenciál stát se klíčovou platformou pro energeticky efektivní přenos a zpracování dat s využitím právě v oblasti AI, ale také v medicíně a mechano-biologii.

Enormní energetická náročnost

Umělá inteligence (AI) v posledních letech zažívá mimořádný rozmach a její potenciál zásadně měnit a zefektivňovat lidské činnosti je nepopiratelný. Přelomovým příkladem tohoto vývoje je vznik velkých jazykových modelů (LLM) jako ChatGPT nebo Gemini.

S jejich vzestupem však vyvstává zásadní problém – enormní energetická náročnost, která představuje významnou překážku při plnění globálních klimatických cílů, především z hlediska spotřeby vody – problémem je totiž zahřívání a s tím spojené chlazení infrastruktury, na které je potřeba až litr vody na pouhých několik promptů.

Spinové vlny

Jednou z perspektivních cest ke snížení energetické náročnosti AI, zejména LLM, je přechod od klasické von Neumannovy architektury k novým technologiím využívajícím vlnové systémy.

Spinové vlny se v tomto kontextu jeví jako slibný kandidát – umožňují snadnou integraci do stávajících technologií a poskytují přirozenou nelinearitu, klíčovou pro správné fungování AI (v současných implementacích tuto funkci zajišťují aktivační funkce).

Hlavní výzvou pro implementaci spinových vln do funkčních čipů je však jejich miniaturizace. Krátké spinové vlny s délkami pod 400 nm lze aktuálně měřit pouze pomocí synchrotronů, což je nákladné, časově náročné, a tudíž zpomaluje další vývoj v této oblasti.

Ondřej Wojewoda z CEITEC VUT
Ondřej Wojewoda z CEITEC VUT

Mieho rezonance

Pod vedením Michala Urbánka, vedoucího výzkumné infrastruktury CEITEC Nano, se tomuto problému věnoval v rámci svého doktorátu Ondřej Wojewoda s kolegy.

Ve své dizertační práci vyvinul novou metodologii, která tento problém řeší využitím takzvaných Mieho rezonancí v dielektrických materiálech a umožňuje tyto krátké spinové vlny měřit za pomoci standardního laboratorního vybavení zvaného Brillouinova spektroskopie světla (BLS).

Tato technika otevírá cestu nejen k dalšímu rozvoji spinových vln jako energeticky efektivní technologie pro AI, ale nachází uplatnění i v dalších oblastech.

Díky teoretickému popisu a praktické implementaci Mieho rezonancí má tato technika také potenciál významně přispět k pokroku v medicínských a mechano-biologických aplikacích, kde BLS v současnosti zažívá ohromný rozkvět, například v oblasti včasné diagnostiky očních vad.

„Spinové vlny (magnony) mají potenciál být použity jako nová platforma pro přenos a zpracování dat, protože mohou dosáhnout vlnových délek v rozsahu nanometrů a frekvencí od stovek megahertz až po jednotky terahertz.

Doteď bylo ovšem možné zobrazovat spinové vlny s vlnovými délkami pod difrakčním limitem světla pouze pomocí rentgenové mikroskopie s použitím velkých urychlovačů částic,“ vysvětluje Ondřej Wojewoda kontext svojí práce.

V Evropě jsou například synchrotronové urychlovače schopné měřit spinové vlny jen na dvou místech – Berlíně a Zürichu. Toto omezení razantně zpomaluje a zdražuje výzkum a vývoj zařízení založených na spinových vlnách.

Během svého doktorského studia proto Ondřej Wojewoda hledal možnosti, jak tento problém překonat.

Ondřej Wojewoda z CEITEC VUT
Ondřej Wojewoda z CEITEC VUT

Křemíkový bordel

„Využitím Mieho rezonancí v dielektrických strukturách můžeme měřit spinové vlny se srovnatelnými vlnovými délkami pomocí standardní optické sestavy určené pro měření mikroskopie Brillouinova rozptylu světla,“ uvádí Wojewoda.

Celý proces studoval na silikonovém disku umístěném na vrstvě nikl-železa. Tato technika může být upravena pro získání rozlišení pro vlnové délky krátké až 50 nm v rovině vzorku pomocí pole silikonových proužků se subdifrakční periodou.

V poslední části své práce se Wojewoda věnoval měření koherentně vybuzených spinových vln, kde demonstroval fázové rozlišením změřením disperzní relace spinových vln.

Jak vlastně výzkum probíhal?…Využití plazmonických rezonancí i v Brillouinově rozptylu bylo pro Wojewoda při volbě tématu na doktorát přirozeným krokem, protože Brillouinův rozptyl je podobný rozptylu Ramanově a v Ramanově rozptylu se plazmonické rezonance často využívají zesílení signálu.

Jelikož však byl Wojewoda a jeho spolupracovníci nováčky v oblasti Brillouinova rozptylu, nebyli si vědomi, že podobný přístup již dříve zkoušelo několik týmů, ale bez úspěchu…Při svém prvním pokusu však tým získal výborné výsledky, které bohužel nedokázali opakovat.

„Díky pokročilým možnostem nanocharakterizace, které jsou dostupné v CEITEC Nano, jsme zjistili, že na vzorcích nejsou kovové částice, jak jsme původně plánovali, ale místo toho křemíkový „bordel“, který nám na vzorky neúmyslně napadal,“ vysvětluje Ondřej Wojewoda.

Změna paradigma?

Tento objev dovedl k vytvoření nových křemíkových rezonátorů, se kterými se jemu a jeho kolegům jako prvním podařilo nejen zesílit signál, ale také rozšířit detekční schopnosti Brillouinova rozptylu na velmi malé vlnové délky pod 50 nm.

Prezentované výsledky mají potenciál zásadně změnit paradigma výzkumu v oblasti fyziky pevných látek a mechano-biologie.

Wojewoda metoda je replikovatelná, podobných výsledků mohou nyní dosahovat týmy po celém světě – stačí jim k tomu jen nanofabrikační laboratoř a optická sestava pro měření Brillouinova rozptylu světla. To je zásadní pokrok.

Za vynikající studijní výsledky a mimořádný přínos v oblasti laserové spektroskopie obdržel Ondřej Wojewoda koncem loňského roku Cenu Hlávkovy nadace.

Hlávkova nadace, nejstarší česká nadace založená 25. ledna 1904 architektem Josefem Hlávkou, podporuje vědu, literaturu, umění a nadané studenty na českých vysokých školách.

Uděluje Cenu Josefa Hlávky nejlepším studentům, absolventům a mladým vědcům. Ceny Hlávkovy nadace 2024 spojené s finanční odměnou si na zámku v Lužanech u Přeštic převzalo šest studentů Vysokého učení technického v Brně.

Hlávkova nadace, nejstarší česká nadace založená 25. ledna 1904 architektem Josefem Hlávkou, podporuje vědu.
Hlávkova nadace, nejstarší česká nadace založená 25. ledna 1904 architektem Josefem Hlávkou, podporuje vědu.

*** Cesta do MIT ***

* Ondřej Wojewoda nadále působí na CEITEC VUT. Díky grantu Postdoc Individual Fellowship od GAČR se nyní připravuje na dvouletou postdoktorskou stáž na prestižní americké univerzitě Massachusetts Institute of Technology (MIT), kde se bude věnovat výzkumu nereciprokých magnetických materiálů pro využití v mikrovlnných technologiích.

Foto: VUT
reklama
Související články
Před sedmi lety zaujal Lenku Caisovou z Biologického centra Akademie věd ČR při procházce v přírodě nenápadný, ale velmi zvláštní mech. Při podrobnější laboratorní analýze vědkyně odhalila, že se nejedná o mech, ale o dosud neznámou, mnohobuněčnou zelenou řasu. Pojmenovala ji Draparnaldia erecta a záhy rozpoznala její potenciál stát se mimořádně zajímavým výzkumným objektem pro […]
Severně od Brna se rozkládají rozsáhlé lesy patřící Mendelově univerzitě, které slouží jako unikátní přírodní laboratoř pro studenty Lesnické a dřevařské fakulty. Tento jedinečný areál o rozloze 10 500 hektarů, známý jako Školní lesní podnik Masarykův les Křtiny, otevírá své brány široké veřejnosti v rámci Dne otevřených dveří. Den otevřených dveří je jedinečnou příležitostí nahlédnout […]
Tento fascinující snímek zachycuje příběh o životě a smrti na mikroskopické úrovni…Zvětšený 10krát a pořízený prostřednictvím skládání fotografií a odraženého světla, zobrazuje vajíčko neidentifikovaného hmyzu, které se stalo hostitelem larvy parazitické vosy. Působí to krutě, přitom je to přirozená součást přírodního cyklu a ukazuje, jak neuvěřitelně složitý a propojený svět hmyzu je. Vosí larva, která […]
Říká se mu velbloud rostlinné říše, protože je suchovzdorný, což je při současných klimatických změnách u plodin nedocenitelnou vlastností. Čirok v naší zemi zatím málo známe, ale je pátou nejpěstovanější obilninou světa.   Čirok je v České republice proti majoritním obilninám – pšenici, rýži a kukuřici, zatím okrajový, globálně však představuje významnou zemědělskou plodinu. Základem […]
reklama
reklama
Historie
Americké pumy v Praze zabily 701 civilistů
Sotva na cíl pod nimi dopadnou první pumy, několik spojeneckých letců polije horko. Uvědomí si, že nejspíš udělali chybu! Pochybnosti v nich vyvolá i řeka protékající bombardovaným městem. Od severu se stáčí v jiném úhlu než Labe na fotografiích Drážďan, které podrobně studovali.   Z leteckých základen ve Velké Británii 14. února 1945 odstartuje téměř […]
Kradl Karel May z pomsty?
Páté dítě v chudé rodině obvykle není předurčeno k velkým cílům, ale zatímco rodiče Karla Maye mají plné ruce práce s obživou, je tu naštěstí babička, která mu čte a vypráví.   Ve škole chlapec patří k nejnadanějším a učitelský seminář dokončí, i když nad ním visí hrozba vyloučení pro krádež šesti svíček. Na učitelských místech pak Karel May […]
Jak se vykrmují zápasníci sumó?
Sumó se v Japonsku těší oblibě už více než 1000 let. Již na přelomu 1. a 2. tisíciletí n. l. zápasy navštěvovali jako diváci sami císařové. Kdejaký chlapec pak toužil stát se bojovníkem, jehož proslulost by dosahovala ke hvězdám…   Zápasníci sumó se sdružují v tzv. stájích, které fungují jako rodina. Během výcviku se neopouštějí, […]
Anglický misionář doplatil na zločin jiných
Kajuta se naklání ze strany na stranu. Skrz okno jsou vidět temné bouřkové mraky a blesky křižují oblohu…   Johnu Williamsovi (1796–1839) je necelých 20 let, když se roku 1816 vypraví pod záštitou Londýnské misionářské společnosti do Tichomoří. Celých 20 let se pak plaví mezi zdejšími ostrovy, kde mezi domorodci úspěšně šíří křesťanství. Kromě toho […]
Zajímavosti
Nemáte co na sebe? Něco si vytiskněte!
Potřebujete nové oblečení? Dříve by se šlo ke švadleně, dnes si objednáme něco přes internet. A jak to bude za pár let? Prostě zadáme parametry a pošleme pokyn k tisku!   Rozruch začíná už 4. března 2013, když na módní přehlídce v Ace Hotelu v newyorském Manhattanu vkročí na molo americká burleskní tanečnice Dita Von […]
Rybí prsty: Zlatavá pochoutka stará 125 let
Rychlé, chutné, křupavé – Rybí prsty sice jako první uvede na trh americká společnost, ale je to nefalšovaný britský vynález, často považovaný za jeden ze symbolů Spojeného království…Není to však výdobytek moderní doby, první zmínky o tomto pokrmu jsou staré 125 let.   Termín rybí prsty (fish fingers) je poprvé zmíněn v receptu v populárním […]
Opiová doupata: Z Číny až do Moulin Rouge!
Rostou jako houby po dešti. Některé luxusní jako paláce, jiné spíš jako zaplivané brlohy. Ve všech to však vypadá podobně. Polehávají tu uvolnění kuřáci, kteří za pomoci bambusových dýmek sní své opiové sny.   Tradice podniků poskytujících azyl kuřákům opia se rodí v Číně, v době, kdy je jeho kouření výsadou elity a společenským rituálem […]
Frank Capone: Brutálnější než bratr Al
Duben roku 1924. Volební místnosti na chicagském předměstí Cicero se otevírají. V té chvíli před nimi se skřípěním brzd zastavují auta plná mafiánů. Mají v rukou pistole, samopaly i baseballové pálky. Tyto volby rozhodně nebudou čisté.   Příjemný sluneční den na přelomu století zastiňuje už jenom bída newyorské chudinské čtvrti plné italských přistěhovalců. Tady víc než peníze […]
Záhady a napětí
Americká základna v obležení: Záhadné drony přicházely 17 nocí po sobě!
Nad leteckou základnou Langley ve východní Virginii se po 17 nocí v kuse objevují záhadné drony. Jejich náhlými průlety jsou znepokojení i představitelé Pentagonu, protože se v okolí základny nachází řada citlivých zařízení národní bezpečnosti. Kdo za nálety dronů stojí a čeho se snaží dosáhnout?   Už několik měsíců stránky novin zaplňují zprávy o masových […]
Ničivý požár ve Wisconsinu: Stal se při něm zázrak?
Na podzim roku 1871 se americký stát Wisconsin ocitne v plamenech. Nejničivější požár v historii Spojených států, známý jako Peshtigo Fire, zničí tisíce domovů, pohltí 1,3 milionu akrů lesa a připraví o život asi 2500 lidí. Mezi tímto nezměrným utrpením se však objevuje příběh, který mnozí označují za zázrak. Zastavila při něm oheň sama Panna […]
Záhadný klín z Aiudu: Pozůstatek dávné vyspělé civilizace nebo část mimozemské lodi?
Archeologové čas od času objeví v zemi něco, co je na první pohled překvapí. Nálezy, které by dokázaly přepsat učebnice dějepisu, ale nejsou příliš časté. Většinou se ukáže, že šlo o něco úplně jiného, než se zprvu zdálo. To se ale netýká objevu od rumunské řeky Mures, který dodnes mate vědce, protože se úplně vymyká našemu […]
Tajemná spisovatelka Pearl Curranová: Diktoval jí romány duch?
Před zamyšlenou Pearl Curranovou leží právě dopsaný román Telka. Obsahově ani stylisticky není nijak zvlášť výjimečný. Pozornost si přesto zaslouží. Ačkoli ho Curranová napíše, ona sama tvrdí, že není jeho autorkou. Jak to? Slova jí měl nadiktovat duch. Komu měl patřit a jak s ním mladá Američanka navázala spojení?     Na stole leží deska, […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Louis Vuitton představil unikátní Thropy Trunk pro F1
iluxus.cz
Louis Vuitton představil unikátní Thropy Trunk pro F1
Trofej FIA Formula One World Championship™ byla odprezentována v zakázkovém kufru Louis Vuitton Trophy v rámci oslav 75. výročí Formule 1 a zahájení sezóny v O2 aréně v Londýně, kde se vůbec poprvé vš
Pryč s Turky: Řecký boj za nezávislost
epochaplus.cz
Pryč s Turky: Řecký boj za nezávislost
Povstání řeckých poddaných v Osmanské říši proti turecké nadvládě je známé jako řecká osvobozenecká válka, na jejímž konci vznikl samostatný řecký stát. Válečný konflikt začal v březnu 1821, kdy vůdce řeckého povstání Alexandros Ypsilanti navázal spojení s rumunskými rolníky a srbskými vzbouřenci a vtrhl na území osmanské říše. Sami Řekové však zahájili povstání až po
Stylová chata se špičkovými technologiemi
rezidenceonline.cz
Stylová chata se špičkovými technologiemi
Vysoce funkční, ale zároveň designově a architektonicky vytříbená, taková je klasická horská rezidence, na jejímž vzhledu se podíleli Lezley Barclay a studio Aspen Leaf Interiors. Cílem projektu, dokončeného v roce 2015, bylo nabídnout něco, co do té doby v americkém lyžařském středisku Northstar nedaleko jezera Tahoe neexistovalo – dům s vlastním vlekem a přímým přístupem
Pikantní chilli marináda
tisicereceptu.cz
Pikantní chilli marináda
Grilované pochoutky si žádají také lehce pikantní chuť. Tu mu dodá právě tahle chilli marináda, kterou můžete použít na každý druh masa. Potřebujete 200 ml rajčatové šťávy 2 lžíce olivového ole
Švýcarské tradiční pochoutky
epochanacestach.cz
Švýcarské tradiční pochoutky
Vítejte ve světě švýcarských sýrů, vín a pálenek. Víte, kolik druhů sýra vás ve Švýcarsku čeká k objevování? Kolik procent produkce vína si Švýcaři sami vypijí? Nebo věděli jste, že bylo možné si nechat vypálit vlastní ovoce v pojízdné švýcarské palírně v Československu? Ponořte se do chutí švýcarské kuchyně a nechte se inspirovat k objevování během vaší další dovolené
Zasedla si na mě, nevím proč
skutecnepribehy.cz
Zasedla si na mě, nevím proč
Hned při vstupu do ordinace mi bylo jasné, že jí nejsem sympatická. Že jsem tlustá, bylo to první, co mi místo pozdravu řekla. Bylo to skoro směšné, jak dávala svoje antipatie najevo. Něco podobného jsem dlouho nezažila. Nepozdravila mě, natož aby se mi představila. Byla v naší ordinaci jen na zástup, ale hned udělala velkou čistku. Začala
Test bílkoviny v moči odhalí ohrožené srdce i ledviny
21stoleti.cz
Test bílkoviny v moči odhalí ohrožené srdce i ledviny
Zvýšená hladina bílkoviny v moči nebolí. Není vidět. Cítit. Ani o ni nevíte. Přesto není radno ji podceňovat. Ukazuje totiž na řadu zdravotních problémů. Například na poškození ledvin nebo riziko isch
Ždímal Karel III. z Čechů jen peníze?
historyplus.cz
Ždímal Karel III. z Čechů jen peníze?
„Jeho Veličenstvo vám děkuje, vážení páni,“ vzkazuje českému sněmu pobočník právě zvoleného krále Karla III. „A současně vám ukládá povinnost složit šest milionů zlatých jako válečné reparace,“ pokračuje. Českým pánům rázem zmrzne úsměv na tváři. Právě jim dochází, že si kolaborací s bavorským knížetem pěkně zavařili. Tak takhle se jim odvděčí? Kde by na to vzali?!
Pravěké město u Yonaguni: Výtvor přírody, nebo střípek Atlantidy?
enigmaplus.cz
Pravěké město u Yonaguni: Výtvor přírody, nebo střípek Atlantidy?
Japonský instruktor Kihachiro Aratake, jenž se potápí poblíž japonského ostrova Yonaguni, hledá nová místa pro pozorování žraloků. Jenže během pátrání se ztratí a rázem se ocitne mimo vyznačenou zónu,
Vezme ho Anna K. opět na milost?
nasehvezdy.cz
Vezme ho Anna K. opět na milost?
Má obrovské srdce! Zpěvačka Anna K. (60) odvezla svého bývalého partnera na léčení. A šušká se, že by se mohl konat velký šťastný návrat. Jak moc je to reálné? Zradil ji, přesto se k němu neotočila
Máte dostatek vápníku? Nehty vám odpoví!
nejsemsama.cz
Máte dostatek vápníku? Nehty vám odpoví!
Řešili jste v poslední době křehkost a lámavost zubů nebo nehtů? A víte, že vápník umí podpořit i hubnutí? Zamýšleli jste se někdy nad dávkami vápníku a kombinacemi s dalšími vitaminy či minerály? Ve stravě byste měli mít dostatek tohoto důležitého prvku, a pokud tomu tak není, sáhněte po doplňku stravy. Hlídat dostatek vápníku si musí zejména kojící
Japonské nože si musíte správně vybrat
panidomu.cz
Japonské nože si musíte správně vybrat
Jsou neobyčejně ostré a díky speciální úpravě ostří toho umí nakrájet podstatně víc než nože běžné. Mají ale samozřejmě i své nevýhody. Vyrábějí se z té nejkvalitnější damaškové ocele nebo kvalitní německé ocele. Speciální japonskou metodou tepelného zpracování, kdy je jádro z měkčí oceli obaleno ocelí tvrdou, se dosahuje vynikající kvality ostří. Stejná technologie výroby
Provozovatel: RF HOBBY, s. r. o., Bohdalecká 6/1420, 101 00 Praha 10, IČO: 26155672, tel.: 420 281 090 611, e-mail: sekretariat@rf-hobby.cz