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
Chuť na hořké v nás spouští jeden z nejstarších ochranných reflexů. V přírodě totiž hořkost často signalizovala jedovaté látky v rostlinách. Mozek se proto během evoluce naučil, že hořké rovná se potenciálně nebezpečné. I dnes, v době laboratorně testovaných potravin, tento mechanismus funguje téměř automaticky. U většiny lidí vyvolává hořká chuť instinktivní odpor, někdy dokonce […]
Na první pohled vypadá jako futuristický model letadla z výstavy designu. Ostré hrany. Štíhlý trup. Austrálie právě testuje hypersonickou platformu DART – stroj, který si pohrává s rychlostmi nad pětinásobkem rychlosti zvuku. Australská společnost Hypersonix Launch Systems ve spolupráci s australským ministerstvem obrany nedávno provedla pozemní zkoušky svého bezpilotního stroje DART AE. Zkratka DART znamená […]
Vědci z Botanického ústavu Akademie věd ČR se podíleli na mezinárodním výzkumu, který ukazuje, že stromy jsou dlouhodobou a přesnou kronikou extrémních klimatických událostí. Výsledky publikované v časopise Communications Earth & Environment přinášejí nové poznatky o tom, jak se v posledních více než 150 letech měnila intenzita srážek z tropických cyklón.   Jak stromy odhalují […]
Spánek je součástí našeho života. Obnovuje tělo i mysl, pomáhá ukládat vzpomínky a udržovat energii. Vědci dnes zkoumají i jednu z nejzajímavějších myšlenek: čištění mozku od toxinů během spánku. Mluvilo se o tom, že mozek v noci „vyplavuje“ odpadní látky, ale nejnovější výzkumy naznačují, že to může být mnohem složitější.   V roce 2012 objevili […]
reklama
Historie
Přivedl císaře do neštěstí namyšlený eunuch?
Mají oči a uši všude. Eunuchové doprovázejí čínské císaře už v dobách prvních panovnických dynastií. V některých obdobích se jim daří hůř, jindy líp. Jejich doslova zlatá éra nastává za vlády Mingů.   Kastrace u čínských eunuchů spočívá v odříznutí penisu i varlat najednou. Zpočátku se jedná o trest, ale císaři z dynastie Mingů ho […]
Cenzuroval tyran Čelakovský své ženě dopisy?
Na psacím stole se vrší jedna kniha za druhou. „Samé učebnice. A k čemu?“ rozčiluje se František Ladislav Čelakovský. Ambice jeho ženy ho přivádějí k nepříčetnosti.   O své rodiče přišla Bohuslava Rajská (původním jménem Antonie Reissová; 1817–1852) už v mládí. Nějakou dobu proto žije v rodině své sestry Karoliny. Má tam k dispozici rozsáhlou knihovnu, kde se s nadšením vzdělává […]
Pekař na chůdách zdolal téměř 3000 kilometrů
Obyvatelé kraje Landes na jihozápadě Francie žijí po staletí doslova odříznutí od světa. Místní proto běžně používají vysoké chůdy. Oblíbí si je nejen pastevci, kteří se díky nim mohou bez problémů pohybovat v bažinaté krajině, ale i poslové nebo pošťáci.   Chodit se na nich učí dokonce už děti! Chůdám zde odzvoní až koncem 19. století, […]
Athos: Panna Marie ze Svaté hory vypudila ženy
Nenápadný skalnatý výběžek do Egejského moře na řeckém poloostrově Chalkidiki je už více než 1000 let sídlem neobyčejných pravoslavných klášterů. Hned tak někdo je ale spatřit nesmí. Rozhodně ne žena.   Legenda praví, že poloostrov Athos v severním Řecku, vybíhající 50 kilometrů do Egejského moře, kdysi navštívila Panna Marie a zdejší impozantní horu prohlásila za svatou. […]
Zajímavosti
Nindžové: Mistři intrik a převleků
Představíte si černou kuklu, tichý pohyb po střechách a smršť létajících hvězdic, než zazní poslední výdech nepřítele? Realita je o dost pestřejší, a to nejen barevně. Nindžové skutečně existovali, ale jejich život vypadal jinak než ve filmech a videohrách.   Kultovní černý kostým nindži má svůj původ v japonském loutkovém divadle, kde vodiči loutek nosí […]
Victor Noir: Odvážný novinář láká ženy až po smrti!
Hodiny ukazují krátce po poledni, je 10. ledna roku 1870 a poklidný pařížský vzduch naplní třaskavý zvuk výstřelů. O pár chvil později vybíhá z domu dvojice mužů. Jeden z nich však klopýtá a po několika krocích padne k zemi a zemře.   Francouzský novinář Victora Noira (1848–1870) umírá příliš mladý a té pravé slávy se dočká až posmrtně. […]
Voyager 1: Kdy se nám ztratí z dosahu?
Zatím nemáme prostředky k tomu, abychom se vydávali do dalekých vesmírných končin. Proto posíláme za sebe na výzvědy průzkumné sondy. Nejvzdálenější z nich už urazila 25 miliard kilometrů! A dobrodružství (zatím) nekončí…   Do vínku dostane příznačné jméno Voyager (doslova Cestovatel) a označení 1. Má totiž ještě jednovaječné dvojče dvojku. Obě sondy tvoří desetiboké tělo, […]
Chiang Rai: Oáza plná chrámů
Město v severním cípu Thajska okouzlí na první pohled. Jeho architektonické skvosty, každý s jedinečnou barvou, příběhem a atmosférou, vás zcela pohltí.   Bílý chrám, thajsky Wat Rong Khun, působí jako by byl postavený z porcelánu. Jeho autorem je thajský umělec Chalermchai Kositpipat (*1955). Stavba začala v 90. letech a stále není zcela dokončená. Všechno […]
Záhady a napětí
Zázračné obrazce v Cajamarquille: Jde o obří svislé pohřebiště?
O nejslavnějších geoglyfech na peruánské planině Nazca byly popsány již stohy papírů, přitom relativně nedaleko lze najít méně známý, ovšem stejně záhadné útvary, takzvané Band of Holes, neboli Pás děr. Ze vzduchu připomíná obří děrovaný pás táhnoucí se krajinou. Tisíce jam seřazených do dokonalých řad. Kdo je vykopal, kdy a hlavně proč? To je dodnes […]
Noční kůň ze švýcarských močálů: Děsivý postrach neopatrných poutníků!
Osamělý unavený poutník se plouží mlžnou krajinou přes vřesoviště. Náhle se z mlh vynoří kůň, jehož kopyta sotva narušují zem, po které kráčí. Poklekne a nabízí milosrdenství, lákavý únik ze zrádné bažinaté krajiny. Pokud ale nasedne, odveze ho do neznáma. Opravdu stačí chvilka nepozornosti, aby se člověk ztratil navždy?   Odlehlá oblast Gruyère v kantonu Fribourg […]
První duch: Co odhalila babylonská tabulka?
V archivu Britského muzea v Londýně leží dlouhá desetiletí nenápadná hliněná destička. Až nedávno si jí během inventury všimne jeden ze zaměstnanců, a podívá se na ni pod lampou. K jeho překvapení z povrchu vystoupí jemné rytiny dvou postav: vychrtlý muž s provazy na rukou a žena, která ho kamsi vleče. Proč? Je muž skutečně duchem, jak nyní […]
Ovládal tajuplný Cagliostro skutečnou magii?
Je považován za podvodníka, šarlatána a manipulátora. Zároveň je uctíván jako zasvěcenec, mág a nositel prastarého vědění. Sicilan Alessandro Cagliostro patří k záhadným postavám dějin. Čím víc se jej historici snaží zařadit, tím méně se to daří. A čím důrazněji jej oficiální prameny odsuzují, tím vytrvaleji jej esoterické kruhy brání. Kdo tedy je muž známý […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Holíková doufala v zásnuby, ale přišlo velké zklamání
nasehvezdy.cz
Holíková doufala v zásnuby, ale přišlo velké zklamání
Hvězda Ulice Natálie Holíková (34) sice prožívá radostné období po narození svého prvního syna, ale podle zákulisních drbů její štěstí není tak bezstarostné, jak se na první pohled zdá. Tajně doufa
Už vím, proč mě otec nemiloval
skutecnepribehy.cz
Už vím, proč mě otec nemiloval
Je mi sedmdesát a čím jsem starší, tím víc se vracím do domu svého dětství. Mého falešného dětství. Vrací se mi pach toho domu. Studená podlaha, dveře do kuchyně, které jsem otevírala opatrně, abych na sebe zbytečně neupozornila. Už jako malá jsem věděla, že tam jsem nějak navíc. Otec měl přísný pohled, ale myslela jsem,
Vitamínová alchymie: Co spolu funguje, co se hádá a kdy to má smysl
21stoleti.cz
Vitamínová alchymie: Co spolu funguje, co se hádá a kdy to má smysl
Jsme to, co jíme, a jíme to, co jsme. S každým soustem a s každým lokem se rozjíždí neuvěřitelná továrna biochemie. Do toho mluví tuky, cukry, bílkoviny, také procesy, prostředí, přírodní látky a chem
Špekáčky na černém pivu
nejsemsama.cz
Špekáčky na černém pivu
Špekáčky s hromadou cibule, papriky a dobrého piva se promění v lahodné jídlo z jednoho pekáče. Na 4 porce potřebujete: ✿ 6 špekáčků ✿ 2 cibule ✿ 500 ml černého piva ✿ 4 lžíce kečupu ✿ 4 stroužky česneku ✿ 1 kapii nebo červenou papriku ✿ 2 chilli papričky ✿ 2 feferonky ✿ 1 lžičku mletého kmínu ✿
Vajíčkové tousty se sušenými rajčaty
tisicereceptu.cz
Vajíčkové tousty se sušenými rajčaty
Vydatná nedělní snídaně přímo jako stvořená k začátku babího léta. Užijte si ji v posteli či na terase. Suroviny pro dva 4 vejce 1 cibule 4 kusy krájené veky 2 lžíce kečupu 1 lžíce hořčice
Čtyři divy sluneční soustavy: Čím skóruje matička Země?
epochaplus.cz
Čtyři divy sluneční soustavy: Čím skóruje matička Země?
A je to tu! Cestovní kancelář pro sluneční soustavu má tu čest představit vám jediný div sluneční soustavy, který může navštívit každý pozemšťan. Takové plochy povrchové vody skutečně jinde nenajdete. Navíc hýřící nespočtem života! Oceány pokrývají celkem 361 100 000 km², což dělá 70,8 % zemského povrchu. Pokud by vás zajímala jejich průměrná hloubka, tak
11 kuriózních rozmarů mocných králů: Prohýřili za své záliby horentní sumy?
historyplus.cz
11 kuriózních rozmarů mocných králů: Prohýřili za své záliby horentní sumy?
„Veličenstvo,“ usměje se komoří na postaršího muže v záplatovaném pracovním plášti, „za chvíli se bude podávat večeře.“ Císař však jako by ho ani nevnímal. Právě se urputně lopatkou noří do hlíny, aby mohl zasadit cizokrajnou rostlinu, kterou mu přivezla jedna z expedic, jež vyslal do exotických krajů s cílem obohatit jeho zahrady. Lov, hra na
Tři slavná zjevení a jejich poselství: V Lurdech, Fátimě i Garabandalu
enigmaplus.cz
Tři slavná zjevení a jejich poselství: V Lurdech, Fátimě i Garabandalu
Jedenáctého února 1858 jde černovlasá dívka Bernadette Soubirous (1844–1879) z jihofrancouzské vesničky Lurdy na klestí k Massabiellské jeskyni ležící u řeky Gavy. V růžovém keři před jeskyní se jí ú
Sklo jako působivý architektonický materiál
rezidenceonline.cz
Sklo jako působivý architektonický materiál
Velkoplošné prvky ze živého transparentního materiálu stavbu osvěžují, propouštějí do jejího nitra spoustu světla, a tím zlepšují kvalitu vnitřního prostředí. Navíc významně ovlivňují vzhled budovy. Tak jako dřevo a kámen v konstrukčních řešeních zdařile zastupuje ocel, výplně z cihelného či jiného zdiva zase velmi působivě nahrazuje sklo. Jeho vizuálního benefitu v podobě zrcadlení oblohy i
Potáhnout dort dokonale? Jde to!
panidomu.cz
Potáhnout dort dokonale? Jde to!
Obdivujete nádherné fondánem nebo marcipánem potažené dorty v kuchařkách i na internetu a přemýšlíte, že se do toho jednou také pustíte, ale pořád ne a ne se k tomu odhodlat? Vyberte podložku Potahované dorty je nejlepší tvořit přímo na podložce nebo tácu, na nichž také zůstanou. Jakmile byste dort přenášeli z jedné podložky na druhou,
Okouzlující krása Sázavy: Pohled, který vás dostane
epochanacestach.cz
Okouzlující krása Sázavy: Pohled, který vás dostane
Na první pohled je hrdý a majestátní. Stojí nad řekou, což dělá z ČESKÉHO ŠTENBERKA dominantu celého okolí. Pohled na něj vás naplní úžasem Nejlépe bude, když se kvůli nádhernému výhledu na jeden z našich nejlépe dochovaných gotických hradů vydáte nejprve na protilehlý svah nad nádražím v Českém Šternberku. Odtud uvidíte skvostnou památku v celé její mohutnosti. Její krása
Augustiniánský dům: Luxus, který začíná časem pro sebe
iluxus.cz
Augustiniánský dům: Luxus, který začíná časem pro sebe
V dnešní době je skutečný luxus čím dál vzácnější. Nespočívá v okázalosti, ale v prostoru, klidu a kvalitě prožitku. Právě takový komfort nabízí Wellness & Spa hotel Augustiniánský dům****S v Luha
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