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
Související články
Geny jsou zvláštní archiv. Pamatují si příběhy našich předků po tisíce generací a občas v nich zůstane i chyba, která se tiše dědí dál. Je nenápadná. Nepůsobí bolest ani únavu. Člověk o ní nemusí vědět celý život. Přesto může jednou rozhodnout o zdraví jeho dítěte. Právě to je případ řady dědičných onemocnění, například cystické fibrózy, […]
Plastový obal nebo ojetá pneumatika mají po skončení své služby nepříjemný problém. Materiál, ze kterého jsou vyrobené, jen tak nezmizí. Část podobného odpadu proto končí ve spalovnách nebo na skládkách. Česká společnost ENRESS ale ukazuje, že existuje i jiná cesta. Pomocí vysokých teplot dokáže z obtížně recyklovatelného odpadu znovu získat suroviny využitelné v průmyslu.   […]
Ve dne téměř nehnutě odpočívá. Po setmění vyráží na několikahodinovou loveckou výpravu. A nad ránem bez zaváhání zamíří zpět na své oblíbené místo. Nový výzkum českých vědců ukazuje, že candát obecný má mnohem lepší orientační schopnosti, než si biologové dosud mysleli.   Vědci z Biologického centra Akademie věd ČR sledovali pohyb candátů v jihočeské nádrži […]
Malé elektromobily už dávno nejsou jen městskými přibližovadly. Nový Peugeot E-208 je toho důkazem. Francouzský hatchback si zachoval svůj atraktivní design, přidal delší dojezd a modernější technologie, ale hlavně ukazuje, že i kompaktní elektromobil může být autem, se kterým bez obav vyrazíte za hranice města.   Vypadá jako koncept. Přitom jezdí po silnici Peugeot se […]
reklama
Historie
Nacista Streicher řídil mediální lynč Židů
Skoro 20 let učil na školách v rodném Bavorsku. Za vynikající službu v německé armádě za první světové války je Julius Streicher vyznamenán Železným křížem. Věří, že jako válečný hrdina uspěje i v politice.   Antisemitské názory přivedou Julia Streichera (1885–1946) do NSDAP. V listopadu 1923 se spolu s Hitlerem zúčastní v Mnichově neúspěšného pokusu […]
Zpytoval Václav III. svědomí u hrobu otce?
Mladý král odpočívá v olomouckém paláci, když k němu znenadání přiskočí vrah. Se zkrvaveným nožem pak od umírajícího panovníka prchá, než je na nádvoří dopaden a ubit k smrti.   Na panovnickou kariéru se malý Václav III. (1289–1306) musí začít připravovat už hodně brzy. Syn českého a polského krále Václava II. (1271–1305) má nejen zachovat království, ale přemyslovskou […]
Kdo postavil město na 92 umělých ostrůvcích?
Říká se mu ztracený archeologický ráj a není divu. Nan Madol, komplex 92 umělých ostrůvků s kamenným městem, leží v mělké korálové laguně poblíž ostrova Pohnpei v Mikronésii uprostřed Tichého oceánu.   Podle archeologů bylo město postaveno někdy kolem 12. století, možná i dřív. K čemu přesně sloužilo, se však neví. Komplex na vodě prý byl sídlem […]
Shodil novinář Skrejšovský svého soka ze schodů?
Na co sáhne, to se mu daří. Obchodováním počínaje, politikou konče. V říjnu 1878 však jeho nadějně rozjetou kariéru zhatí Zemský soud v Praze.   Ten totiž podnikateli a neohroženému novináři Janu Stanislavu Skrejšovskému (1831–1883) uloží čtyřměsíční trest za to, že shodil ze schodů a těžce zranil svého soka, architekta Viléma Tierhiera (1843–1908). „Jen jsem se […]
Zajímavosti
Atlantropa: Vybudujeme si nový kontinent?
Silnice je v tomto úseku rovná jako pravítko. Skřípavým zvukem se pravidelně ozývá vrzání bicyklu, na kterém se plahočí 67letý muž. Pak ticho prořízne zvuk motoru. Prásk…Kolo je ve škarpě a auto, aniž by kdokoliv zjistil, kdo je řidičem, mizí v dáli.   Při nehodě 25. prosince 1952 umírá Herman Sörgel (1885–1952). Studenti, pro které […]
John DeLorean: Vizionář, šoumen, zločinec, legenda
Z chudých detroitských poměrů se vypracuje mezi nejvýraznější osobnosti amerického automobilového průmyslu. Jeho futuristický vůz se stane jednou z ikon 20. století, jeho osud doslova antickou tragédií.   Dětství Johna Zacharyho DeLoreana (1925–2005) poznamená chudoba i agresivita otce, rumunského dělníka Zacharyho DeLoreana, který se vypracuje v narkomana na plný úvazek. Je odhodlaný dostat se od […]
Kočka rybářská se vody rozhodně nebojí!
Nevelká, nenápadná, tichá. Taková je kočka rybářská, která si žije svým prostým životem okolo vody na jihu Asie. Své drápky nikdy zcela nezasouvá a jediné, co ji zajímá, je lov ryb. Přesto je trnem v oku místním lidem a jejich útoky se podílejí na tom, že je toto úchvatné zvíře mezi ohroženými druhy.   Zatímco […]
Chuknagarský masakr: 10 000 mrtvých za 4 hodiny
My Lay, Katyň, Lidice, Re’im… to jsou místa masakrů, která všichni znají. Jeden z těch nejbrutálnějších po druhé světové válce však zůstává v jejich stínu.   Napětí mezi Západním a Východním Pákistánem (bývalým Bengálskem) dosahuje vrcholu, když v prosinci 1970 ve volbách drtivě zvítězí nacionalistická strana Awami (Lidová liga) žádající nezávislost. Když Západní Pákistán výsledky […]
Záhady a napětí
Bagdádská baterie: Starověká elektrárna z Iráku?
Vypadá nenápadně, jen malá keramická nádoba, měděný válec a železná tyčka zapečetěná asfaltem. Přesto právě tento nález z okolí iráckého Bagdádu už desítky let dráždí archeology, techniky i milovníky záhad. Mohli lidé ve starověkém Iráku znát princip elektrického proudu dávno předtím, než se o něj začala zajímat moderní věda?   Na první pohled by si […]
Vědci na stopě deváté planety: Skrývá se uvnitř Sluneční soustavy dosud nespatřený obr?
Vědci již delší dobu předpokládají, že se někde za Neptunem skrývá dosud neobjevená devátá planeta. Existují sice náznaky vypovídající ve prospěch této teorie, ale jednoznačné důkazy stále chybějí. Ten zatím nejpřesvědčivější přichází v podobě dvou infračervených snímků pořízených s odstupem 23 let.   Kolik je planet v našem slunečním systému? Správná odpověď je osm, i […]
Duchařský zážitek Karla IV.: Zažil český král poltergeista?
Kdysi dávno se na Pražském hradě odehrál incident, který bychom podle měřítek moderní záhadologie mohli označit za typické projevy přítomnosti poltergeista. Svědkem tohoto strašení se přitom stala jedna z nejdůležitějších osobností české historie, budoucí král Karel IV.!   Poltergeisti, zlovolní hluční duchové, mohou svou přítomnost ohlašovat nejrůznějšímu způsoby. Široká škála projevů jejich přítomnosti zahrnuje například […]
Našeptávání do ucha: Záhada pozitivních subliminals
Miliony lidí po celém světě si každou noc pouštějí do sluchátek hudbu, ve které se skrývá tajný vzkaz – slova, která má slyšet jen podvědomí, ne uši. Slibují vyšší sebevědomí, hubnutí i lepší paměť, a to bez jediné vědomé myšlenky. Skutečně ale mozek dokáže přijímat a zpracovávat instrukce, které vůbec nezaregistruje?   Noc co noc […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Evropa v plamenech! Padly chmurné rekordy
21stoleti.cz
Evropa v plamenech! Padly chmurné rekordy
Připomíná to peklo! Od plamenů, které jako nenasytný obr pohlcují další a další metry čtvereční, se šíří spalující žár. Hasiči dělají, co je v jejich silách, běsnící živel se ale nedaří zastavit. Post
České granáty jsou plné života a síly
skutecnepribehy.cz
České granáty jsou plné života a síly
Protančila jsem celou noc. Takovou energii a elán jsem dlouho nezažila. Za vše nejspíš mohly ty šperky. Už moje babička říkala, že mají velkou moc. Moje babička nosila náušnice a řetízek s rudými českými granáty. Všichni je obdivovali. Jednou jsem se chystala na ples a babička mi ty své šperky půjčila, abych prý s nimi na plese všem vytřela zrak.
6 okázalých slavností Přemyslovců: Václava II. fascinovaly pohřby
historyplus.cz
6 okázalých slavností Přemyslovců: Václava II. fascinovaly pohřby
„Béla, vynikající krásy nad syny mnohých, byv přítomen slavné mši, vložil dívce na hlavu zlatou korunu… Potom ji na lodi odvezl…,“ líčí Kosmovi pokračovatelé veselku Kunhuty Braniborské. Český král Přemysl Otakar II. kvůli ní neváhá sáhnout hluboko do svého měšce.   Běžné dění na středověkém přemyslovském dvoře rozdělují svátky, spojené s různým etapami života, i církevní
Sedm tipů,  jak si zrychlit  spalování
nejsemsama.cz
Sedm tipů, jak si zrychlit spalování
S věkem u žen klesá rychlost metabolismu. To znamená pomalejší spalování a zvyšování váhy. Ale nemusí tomu tak být. Existují způsoby, jak metabolismus nastartovat a znovu dostat do vyšších obrátek. Zpomalující metabolismus patří k nejčastějším změnám, se kterými se ženy ve vyšším věku potýkají.Dobrou zprávou je, že jeho aktivitu lze podpořit správnou kombinací pohybu, vyvážené stravy a zdravých návyků a
Koi kapři a ti další
panidomu.cz
Koi kapři a ti další
Přemýšlíte o zahradním jezírku a chtěli byste v něm mít i nějaké ryby? Módní jsou koi kapři, ale v pohodě můžete chovat i jiné druhy. Co ještě můžete ve svém jezírku mít? Zahrada, která žije… To je dnešní trend, a je to tak dobře. Návrat k přirozeným zahradám, ve kterých mají své místo a domov nejrůznější živočichové,
Záhada Býčí skály: Nový výzkum odhaluje, jak mohla vypadat tajemná komora
enigmaplus.cz
Záhada Býčí skály: Nový výzkum odhaluje, jak mohla vypadat tajemná komora
V temném nitru Moravského krasu se před více než 2500 lety odehrává událost, jejíž přesný příběh stále uniká. Býčí skála ukrývá lidské ostatky, zvířecí kosti, zbraně, šperky, nádoby i neobyčejné předm
Odloudí Vaculovi krásku velký šéf?
nasehvezdy.cz
Odloudí Vaculovi krásku velký šéf?
Tak to by byl skandál! O vztahu herce ze seriálu Odznak Vysočina Adama Vaculy (38) a jeho partnerky, kuchařky Veroniky Beskydiarové (32), se poslední dobou povídá všelicos. Dokonce proběhly i debaty
Hranolky s čedarem a šunkou
tisicereceptu.cz
Hranolky s čedarem a šunkou
Potěšte svá vnoučata něčím, co jim rozzáří obličej. Hranolky s rozteklým sýrem ale zbožňují i dospělí. Suroviny 1 kg přílohových brambor 500 g čedaru 100 ml smetany ke šlehání 250 g šunky ol
Značka IWC vytvořila pro 140 let značky Mercedes-Benz prvotřídní kalendář
iluxus.cz
Značka IWC vytvořila pro 140 let značky Mercedes-Benz prvotřídní kalendář
Sto čtyřicet let automobilů, 140 hodinek a jedna komplikace, která mění způsob, jakým se ovládá věčný kalendář. IWC Schaffhausen připomíná výročí Mercedes-Benz mimořádnou edicí Big Pilot’s Watch Perpe
George Washington trpěl tafefobií: Neleká se nepřátel, ale rakve
epochaplus.cz
George Washington trpěl tafefobií: Neleká se nepřátel, ale rakve
První prezident Spojených států amerických George Washington (1732–1799) je odvážný válečník i státník. Jednotkám v četných bitvách nejen velí, ale také stojí v čele. Bojuje proti Indiánům, Španělům i Francouzům, ve válce za nezávislost poráží Britskou armádu. I takový ukázkový hrdina však má svou slabou stránku. Celý život trpí panickou hrůzou z toho, že bude pohřben zaživa. „Slibte
DEN S ŘEMESLY VE SKLANÍM OBYDLÍ LHOTKA
epochanacestach.cz
DEN S ŘEMESLY VE SKLANÍM OBYDLÍ LHOTKA
Komorní jarmark s ukázkou lidových řemesel a dílničkami nejen pro děti… Akci Regionálního muzea Mělník můžete navštívit v sobotu 22.8. mezi 10 a 17 hodinou. Náplň dne. Prohlídka skalního obydlí, ve kterém poslední obyvatelka Marie Holubová žila až do roku 1982. Jarmark s ukázkou lidových řemesel a prodejem lokálních produktů. Muzejní stánek na téma 50
Ohromující sídlo krále pohádek
rezidenceonline.cz
Ohromující sídlo krále pohádek
Nemovitost Los Feliz, postavená společností slavného tvůrce v roce 1932, patří od roku 2011 rusko-kazašskému filmaři Timuru Bekmambetovovi, žijícímu převážně v Izraeli. Ten aktuálně ikonický dům Walta Disneyho v Los Angeles, kde vytvořil například filmy Popelka a Pinocchio, nabízí k pronájmu za 40 000 dolarů měsíčně.   Poté, co pohádkovou vilu za 3,7 milionu dolarů
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