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
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 […]
Její život je krátký. V létě trvá pouhých šest až osm týdnů. Za tu dobu navštíví desetitisíce květů, nalétá stovky kilometrů a vyrobí přibližně devět gramů medu – zhruba jednu čajovou lžičku. Sama o sobě se může zdát bezvýznamná. Teprve když se spojí s dalšími desítkami tisíc příslušnic svého včelstva, vznikne jeden z nejdokonalejších organismů […]
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
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 […]
Nálezy z Lindowu: Hlava ženy a zavražděný druid
Asi 20 kilometrů od anglického Manchesteru se rozkládá rašeliniště, které místní znají jako Lindow. Místo ale kromě močálů skrývá pozůstatky minulosti.   Na kalendáři bychom nalistovali 13. května 1983. Těžaři Andy Mould a Stephen Dooley zaregistrují na dopravním pásu něco neobvyklého. „Není to fotbalový míč?“ uchechtne se jeden z nich. Stroj zastaví a předmět položí na […]
Záhady a napětí
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 […]
Mapa, která neměla existovat: Piri Reis a tajemství předpotopních map světa
V roce 1513 nakreslil osmanský admirál Piri Reis mapu, která podle mnohých měla vzniknout až o dvě staletí později. Na kusu gazelí kůže se totiž objevuje pobřeží připomínající Antarktidu bez ledového příkrovu, tři sta let před jejím objevením. Odkud čerpal? Existovala snad civilizace se znalostmi, jež historie dosud nezaznamenala?   Píše se rok 1513, osmanský […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Dulce: Dobrota, které neodoláte
panidomu.cz
Dulce: Dobrota, které neodoláte
Ta dobrota se jmenuje dulce de leche a možná už jste ji objevili v obchodech. Ale nepochybujte o tom, že doma připravená bude ještě lepší. Název je španělský a znamená jednoduše „mléčná sladkost“. Původ ovšem není úplně jednoznačný, o autorství této receptury se pře hned několik latinskoamerických zemí a k tomu Francie, kde se traduje,
Špenátové lívanečky s ricottou
tisicereceptu.cz
Špenátové lívanečky s ricottou
Ještě jste nevyzkoušeli lívance naslano? Nejvyšší čas to napravit. Tyto ricottové nemají chybu. Postup Suroviny na 8 kusů 100 g ricotty 30 g baby špenátu 1 vejce 1 stroužek česneku 50 ml ml
Na cestách za rozkoší? A domu s rezistentní kapavkou
21stoleti.cz
Na cestách za rozkoší? A domu s rezistentní kapavkou
Ať už tajně, nebo otevřeně, letní flirtování k prázdninové atmosféře jednoduše patří. Že na výletech nebo v zahraničí snadněji podléháme novým lákadlům, potvrzují i statistiky českého sexshopu YOO.cz
Obklopil se sultán Mehmed II. hluchým služebnictvem?
historyplus.cz
Obklopil se sultán Mehmed II. hluchým služebnictvem?
Je to už pár dní, co sultána Mehmeda II. nikdo nespatřil. Z paláce téměř nevychází, v mešitě postává jen za mřížovím. I vojenské přehlídky sleduje z bezpečné vzdálenosti – na palubě své pozlacené lodi v přístavu. Svým poddaným se ze strachu vzdaluje. Patří k nejodvážnějším válečníkům vůbec. Už ve svých 21 letech dobyl spolu se svými početnými vojsky hlavní sídlo
Pečené tortillové chipsy s bylinkami
nejsemsama.cz
Pečené tortillové chipsy s bylinkami
Tortillové chipsy připravené doma jsou krásně křupavé a díky bylinkám mají mnohem výraznější chuť než kupované varianty. Ingredience pro 4 osoby: ● 4 pšeničné tortilly ● 3 lžíce olivového oleje ● 1 lžička oregana ● 1 lžička sušené bazalky ● sůl ● pepř ● 1 lžička česnekového prášku Postup: Tortilly nakrájejte na trojúhelníky podobné klasickým nachos. V míse je promíchejte s olivovým olejem, oreganem, bazalkou, česnekovým
Vědci extrahovali neznámou DNA: Čí jsme vlastně potomci?
enigmaplus.cz
Vědci extrahovali neznámou DNA: Čí jsme vlastně potomci?
Na setkání vědců v Royal Society v Londýně jsou na konci roku 2013 odhaleny nové výsledky zkoumání genomu našich předků denisovanů. Denisované žijící na dnešním území Evropy i Asie jsou příslušníci ro
20 let výjimečných chutí: Mandarin Oriental, Prague zve na velký návrat šéfkuchařů
iluxus.cz
20 let výjimečných chutí: Mandarin Oriental, Prague zve na velký návrat šéfkuchařů
Mandarin Oriental, Prague letos slaví 20 let od svého otevření. U příležitosti významného jubilea připravil hotel mimořádný gastronomický večer, který vzdá hold dvěma dekádám kulinářské kreativity a v
Jsou rány, které se nezacelí
skutecnepribehy.cz
Jsou rány, které se nezacelí
S věkem prý člověk získává nadhled nad životem a dokáže odpustit různá životní zranění. Mně se to tedy zatím nepodařilo. Pracovaly jsme spolu v textilce. Já a Helena. V té době jsem již byla vdovou se dvěma dětmi, které mi po manželovi zbyly spolu s dluhy. Helena byla krásná, svobodná, vtipná. Vždycky mě dokázala rozesmát, když jsem brečela nad prázdnou
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
Rodinnou pohodu hraje Decastelo pouze naoko?
nasehvezdy.cz
Rodinnou pohodu hraje Decastelo pouze naoko?
Tak jak to vlastně spolu mají? Vypadalo to na velký happy end. Herečka ze seriálů Kamarádi a Slunečná Eva Decastelo (47) a její exmanžel, scenárista René Decastelo (53), oznámili obnovení parterství k
Instantní nudle: Geniální vynález, který začíná u pánve s rozpáleným olejem
epochaplus.cz
Instantní nudle: Geniální vynález, který začíná u pánve s rozpáleným olejem
Po 2. světové válce stojí v Japonsku lidé dlouhé fronty na jídlo a obyčejná miska nudlí představuje skoro malý poklad. Právě tehdy dostává Momofuku Andó nápad, který zní jednoduše, ale jeho uskutečnění je pořádná věda: Vytvořit nudle, které vydrží dlouho, jsou levné, chutné a stačí je zalít horkou vodou. Píše se druhá polovina 50. let
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