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
Oteplování a sucho způsobují rapidní úbytek stromového patra v jižní oblasti boreálních lesů (tajgy).  Druhy mírného pásma zároveň nejsou schopny dostatečně rychle migrovat na sever a obsadit uvolněný prostor. Výsledkem je degradace a zánik těchto ekosystémů. Vědci z Botanického ústavu AV ČR zjistili, že pozitivní vliv na zasažené oblasti mohou mít překvapivě tropické cyklóny.   […]
Před sto lety v březnu 1925 šéfpilot společnosti Aero Josef Novák dosáhl výškového rekordu 8 651 metrů na stíhacím letounu Aero A-18. Tento výkon o dva měsíce později ještě překonal, když se stejným strojem a upraveným motorem vystoupal do rekordní výšky 9 140 metrů. Úspěch potvrdil nejen výjimečné vlastnosti první sériově vyráběné československé stíhačky, ale také významnou […]
Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT se rozhodla od příštího akademického roku navýšit počet přijímaných studentů do magisterského studijního programu Space Applications ze současných 20 na dvojnásobek. Reaguje tak na kritický nedostatek kvalifikovaných pracovníků klíčových pro rozvoj místních firem působících ve vesmírném průmyslu. Vesmírný průmysl se na jižní Moravě v posledních letech rychle rozvíjí a […]
Voda pokrývá více než 70 % povrchu Země a je nezbytná pro život, jak ho známe. Odkud se ale vzala? Tato otázka vědce trápí už desítky let. Nyní nová teorie naznačuje, že voda mohla na naši planetu dorazit jiným způsobem, než jsme si dosud mysleli. Dlouho převládala představa, že voda na Zemi pochází především z […]
reklama
reklama
Historie
Hvězda fotoreportéra se zrodila z podvodu
Kulky mu sviští kolem hlavy a i on mačká spoušť. Nikoli však na zbrani, ale u svého fotoaparátu. Válečný fotograf Robert Capa je vždy tam, kde se něco děje…   Jeho rodným městem je Budapešť. Kdyby měl pokračovat v rodinných tradicích, nejspíš by pracoval v oděvním obchodě své matky. Doba však mladému, svobodomyslnému člověku nepřeje. […]
Byla Trajánova tržnice prvním obchodním centrem světa?
V centru Říma na dohled od Kolosea se tyčí podivuhodná stavba. Jde o Trajánovu tržnici, jež je součástí stejnojmenného fóra.   Mezi římskými vrcholky Kvirinálem a Kapitolem panuje čilý ruch. Skupiny dělníků zde postupně odstraňují velké množství zeminy. Píše se rok 107, když na místě vzniká „poslední a nejnádhernější ze všech císařských fór“, jak píše německá […]
Bismarck z krále udělal císaře
Od mládí si mladík z nevýznamného pruského šlechtického rodu vytkl za cíl prosadit se ve velké politice. Jen málokdo o sobě může říct, že se mu to s takovým úspěchem podařilo.   Narodil se na apríla, tedy 1. dubna 1815, do aristokratické rodiny. O láskyplném prostředí si ale Otto Eduard Leopold von Bismarck-Schönhausen (†1898) mohl nechat jen […]
Vyrostla na londýnském mostě celá čtvrť?
Oba břehy Temže v Londýně spojovala kdysi stavba, označovaná za jeden z divů světa. Most, který se stal samostatnou městskou čtvrtí a také místem odporné přehlídky popravených nešťastníků.   Most v samém centru Londýna postavili už Římané v roce 46 našeho letopočtu. Byl dřevěný a vydržel téměř 1000 let, než ho v roce 1013 nechal spálit král Ethelred II. (asi […]
Zajímavosti
Seymour Hersh: Hlídací pes demokracie
Rok 1968. Válka ve Vietnamu eskaluje a Američané mají těžké ztráty. Vietkong je všude, situace je napjatá. Americké velení se všemi silami snaží situaci zvrátit. A s neúspěchy přichází frustrace a s frustrací násilí.   Ale skutečnou podstatu násilí v Americe tuší málokdo. Armáda si informace hlídá. Když novinář Seymour Hersh (*1937) dostane od svého známého zajímavý tip, […]
Řeka Eufrat: Je kolébka civilizace na pokraji zániku?
Před tisíci lety pomůže k rozvoji prvních zemědělských společností na světě a v Bibli je dokonce zmíněn jako jedna ze čtyř řek, které zavlažují zahradu Eden. I dnes jsou na něm závislé miliony lidí. Ale zdá se, že nemusí trvat dlouho a řeka Eufrat zcela vyschne…   Může se to zdát jako ironie osudu i […]
Burning Man: Festival plný divočiny odstartuje rozchod!
Za vším hledej ženu, podobně je na tom i týdenní americký festival Burning Man (Hořící muž). Hosté se sjíždějí do nevadské pouště na přelomu srpna a září, kdy se v USA slaví Svátek práce.   Larry Harvey (1948–2018) přemítá, jak se dostat z porozchodového splínu. Společně s pár kamarády postaví na Baker Beach v San Francisku dvoumetrovou sochu muže […]
Největší zlatý Buddha: Na zamaskovanou sochu lidé zapomenou
Dlouho ji všichni mají za obyčejnou sádrovou sochu, zdobící chrám Wat Chotanaram v bangkokské Čínské čtvrti. Ovšem ať je materiál jakýkoliv, všechny sochy Buddhy jsou v Thajsku posvátné, a i s touto je proto zacházeno jako s pokladem.   Když se tedy chrám časem změní ve zchátralou ruinu, je třeba sochu zachránit a umístit jinam! Od roku 1935 stojí […]
Záhady a napětí
Fascinující záhada hadí bohyně: Koho zobrazuje tajemná minojská soška?
Nedaleko krétského hlavního města Heráklion se nachází palác Knóssos, údajné útočiště bájného Minotaura, kterého zde nechal uvěznit krétský král Minos. Právě po něm byla pojmenována civilizace, která rozsáhlý komplex vybudovala. Ve 20. století byly v paláci nalezeny dvě sošky žen, světu známé jako hadí bohyně. O žádném hadím kultu v době Minojské civilizace se ale dodnes […]
Jakubovo osuárium: Jde o důkaz, že měl Ježíš rodinu?
V roce 2002 se na veřejnost dostává předmět, který by mohl být jedním z nejvýznamnějších archeologických objevů souvisejících s křesťanstvím. Kamenná schránka na kosti, tzv. osuárium, nese nápis: „Jakub, syn Josefův, bratr Ježíšův“. Opravdu jde o důkaz existence Ježíšovy rodiny, nebo je to podvrh, který měl zvýšit cenu artefaktu?   Osuárium, které údajně pochází z […]
Česko má čtyři vodíkové stanice, většina zemí EU žádnou
Vodíková mobilita se stává jedním z klíčových prvků dekarbonizace dopravy. Ačkoli se o vodíkovém pohonu hovoří jako o slibné technologii budoucnosti, jeho rozvoj v Evropě zatím probíhá nerovnoměrně. Česká republika se však v této oblasti posunula vpřed – má již čtyři veřejné vodíkové stanice, zatímco většina zemí EU stále nemá žádnou. Podle analýzy webu cistadoprava.cz, […]
Diagnóza ze srdečního pulsu: Je možné vyčíst zdravotní stav pohmatem předloktí?
Srdeční puls je mnohem víc než známka toho, že jsme naživu. V tradiční medicíně dálného i blízkého východu z něj prý léčitelé umí vyčíst zásadní informace o stavu vnitřních orgánů a odhalit zdravotní problémy dříve, než se vůbec projeví. Jak pulzní diagnostika funguje? A je vůbec spolehlivá?   Pulsní diagnostika je obvykle spojována hlavně s […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
7 snadných kroků, jak na pedikúru
nejsemsama.cz
7 snadných kroků, jak na pedikúru
Kůže na chodidlech je každý den vystavena velké zátěži, proto byste ji měla pravidelně ošetřovat. Pouhé mazání krémem ale nestačí. Zanedbaná péče o chodidla totiž může vést k nepříjemným následkům, jako jsou bolestivé praskliny, záděry nebo zarůstající nehty. Jakou péči byste měla svým nožkám věnovat? 1) Relaxační koupel Základem každé pedikúry je změkčení pokožky chodidel, které lze
Cesta od formule E k výkonnému DS N° 8
iluxus.cz
Cesta od formule E k výkonnému DS N° 8
Společnost DS Automobiles je již deset let aktivním účastníkem šampionátu ABB FIA Formule E, ve kterém se stala lídrem nejen díky sportovním výsledkům, ale především díky intenzivnímu přenosu technolo
Podivné stvoření jménem mantikora: Z ocasu střílí smrtící šípy!
enigmaplus.cz
Podivné stvoření jménem mantikora: Z ocasu střílí smrtící šípy!
Početná flotila sumatránského prince Sang Nila Utamy (†1347) přiráží k písčitým břehům neznámého ostrova. Plachty většiny lodí jsou roztrhané na cáry a visí z ráhnoví. [gallery ids="152898,152895,
Velikonoční jehněčí kolínka na víně
tisicereceptu.cz
Velikonoční jehněčí kolínka na víně
Jaké by to byly Velikonoce bez pořádného masa? Ingredience 4 jehněčí kolínka 2 cibule 50 g másla 6 stroužků česneku 10 kuliček pepře 3 bobkové listy 6 dcl červeného vína, 4 snítky rozmarý
Co rozhodně nepatří do myčky
panidomu.cz
Co rozhodně nepatří do myčky
Myčka je užitečný pomocník, který si poradí nejen s nádobím, ale vyčistí i řadu dalších předmětů. Přesto někdy nadělá víc škody než užitku. Co do myčky rozhodně nepatří? Olovnatý křišťál a dekorativní sklo Těm může myčka ublížit stejně jako sklu ručně malovanému nebo známému jako vysoký smalt. Příliš horká voda a některé chemické látky totiž
Minimalistická vila v zalesněné krajině
rezidenceonline.cz
Minimalistická vila v zalesněné krajině
Zelené údolí, na jehož svahu by člověk spíše očekával srub, svítí bílá vila. Některé její linie kopírují terén, což přispívá k tomu, že se stává harmonickou součástí neporušené přírody. V přívětivé krajině Dolního Rakouska, kterou po tisíciletí modeloval tok Dunaje, si mladý manželský pár zvolil svůj prostor pro život. Blízko Klosterneuburgu, nedaleko Vídně, a přesto vzdálený od
Jeskyně Balcarka v Moravském krasu zve turisty rovných sto let
epochanacestach.cz
Jeskyně Balcarka v Moravském krasu zve turisty rovných sto let
Před sto lety, na Velikonoční neděli roku 1925, byla podle dobových zpráv „odevzdána veřejnosti“ jeskyně Balcarka v Moravském krasu. Tehdejší Akciová společnost Moravský kras, která si bohatě zdobenou jeskyni v Ostrově u Macochy vzala do správy, ji zpřístupnila už rok po objevu. Místní rolník a lidovecký poslanec Národního shromáždění Josef Šamalík nejprve 16. června 1923 objevil samostatnou
Bratr se dokázal změnit, je z něj slušný člověk
skutecnepribehy.cz
Bratr se dokázal změnit, je z něj slušný člověk
Byla to černá ovce naší rodiny. Všichni jsme nad ním postupně zlomili hůl. Odešel do světa, a když se po letech vrátil, byl z něho někdo úplně jiný. O tom, že se člověk může změnit, jsem přesvědčená. Dokázal mi to můj mladší bratr Štěfan. Od dětství s ním byly jen samé problémy, ve škole se pral, odmlouval a byl neposlušný.
Hrozí nová nemoc od klíšťat?
21stoleti.cz
Hrozí nová nemoc od klíšťat?
Nejen, že hrozí, pravděpodobně už tu je, jak ukazují terénní výzkumy z jiných evropských zemí, včetně sousedního Německa. Takže otázkou spíš je, natolik je tato infekce nebezpečná.   V dub
Bohdalová otevřeně promluvila o své tajné lásce…
nasehvezdy.cz
Bohdalová otevřeně promluvila o své tajné lásce…
O svém milostném životě hovoří Jiřina Bohdalová (93) jen zřídkakdy. Tentokrát ale udělala výjimku a otevřeně se rozpovídala o své tajné lásce, kterou nebyl nikdo jiný než nedávno zesnulý Alois Švehl
Habsburkové si vynutili českou korunu zastrašováním a úplatky
historyplus.cz
Habsburkové si vynutili českou korunu zastrašováním a úplatky
Čeští a moravští páni roztrpčeně hledí jeden na druhého. „Ten si snad z nás dělá legraci,“ honí se jim hlavami. Římský král mezitím symbolicky předává českou korunu nejen svému synovi Rudolfovi – nedávno zvolenému českému králi, nýbrž i svým dalším synům. To je proti všem zárukám, které jim slíbil! Mnozí šlechtici začínají pochybovat, zda-li se
Mamutí mládě ze zmrzlé Sibiře
epochaplus.cz
Mamutí mládě ze zmrzlé Sibiře
Skupina vědců v bílých pláštích opatrně zkoumá výsledky nedávného pokusu. V univerzitní laboratoři v japonském městečku Kindai vládne napětí. Je slyšet dech, hučení počítačů. „Je to tu,“ ozve se nakonec radostný výkřik. „Máme pět živých buněk!“ Není to kdoví jaký zázrak, ale přesto – je to další významný krok k oživení mamutů. Příběh tohohle objevu začíná deset let předtím,
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