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
Usnout včas, spát celou noc, probudit se svěží – pro mnohé sen. Doslova. Ve světě, kde se večerní ticho mění v modré světlo displejů a hlava neumí přestat přemýšlet ani v jednu ráno, se kvalitní spánek stává luxusem.   Jenže spánek není jen odpočinek. Je to chvíle, kdy se tělo opravuje, mozek uklízí, srdce zklidňuje, […]
Stíhací pilot a člen záložního týmu astronautů Evropské kosmické agentury (ESA) Aleš Svoboda nastoupil do druhé etapy své přípravy na budoucí misi do vesmíru. Osm týdnů intenzivního tréninku v Kolíně nad Rýnem i dalších evropských lokalitách mu přineslo nové zkušenosti – od navrhování a řízení kosmických misí přes základy aerodynamiky a orbitální mechaniky až po […]
Když se člověk řízne, rána se obvykle zacelí a na místě zůstane jizva. Na kůži jde o více či méně estetický problém, pokud se však jizvy objeví na plicích, mohou zabíjet. Zjizvená, tj. fibrotická tkáň totiž neumožňuje průchod kyslíku.   Některou z forem plicní fibrózy v Česku trpí tisíce lidí a každý rok jich dalších přibližně 150 […]
Ještě nedávno byla vnímána jako podpůrná technologie k obnovitelným zdrojům. Dnes se z velkokapacitních bateriových úložišť stává klíčový prvek energetického řízení v průmyslu i obchodu. Pomáhají vyrovnávat odběrové špičky, chrání provozy před výpadky a otevírají cestu k větší energetické soběstačnosti. Baterie v srdci logistiky Distribuční centra a sklady patří k místům s obrovskými energetickými nároky. […]
reklama
Historie
Cechmistr musel vést příkladný život
Mezi svými cechovními druhy se těší velké vážnosti. Takové, že ho ostatní následují i do boje, když je to třeba. Jistý Vodička, představený cechu řezníků, v roce 1310 vede jeho členy do bitvy o Prahu, kterou svádí Jan Lucemburský s Jindřichem Korutanským. Za odměnu bude povýšen na pražského primátora.   Cechy, které sdružují zástupce konkrétních […]
Zkamenělá nacistická ideologie: Prora rekreanty nikdy nepřivítala
Nacisté chtějí mít všechno pod kontrolou. Na Němce dohlížejí i v jejich volném čase a snaží se jim plánovat dovolenou. Pro tyto účely se rozhodnou na ostrově Rujána vybudovat obří rekreační areál.   Za monstrózní projekt je zodpovědná nacistická organizace Kraft durch Freude (Radostí k síle), starající se o volný čas pracujících. Osm ubytovacích bloků […]
Kdo ovládne bitvu o stovku?
Od chvíle, co na silnici vyjede první automobil, se jeho konstruktéři i majitelé předhánějí v tom, kdo pojede rychleji.   Do dějin se nejprve zapíše anglický prodejce vozů Benz Walter Arnold, který je policejním strážníkem 8. ledna 1896 v hrabství Kent přistižen, když se řítí po silnici závratnou rychlostí 13 kilometrů v hodině. Policista ho s vypětím všech […]
Právník uprchl z vězení v bedně na knihy
V nohou má křeč, napětím ani nedýchá. Už několik hodin leží namačkán v jen asi metr dlouhé dřevěné schránce. Jakmile škvírami v bedně pronikne dovnitř závan mořského vzduchu, s úlevou si oddychne: „Konečně svoboda…“   Patří k nejvšestrannějším učencům své doby. Má zkušenosti jako vysoký funkcionář v nizozemských provinciích a následně jako švédský diplomat ve Francii. Kromě toho se […]
Zajímavosti
Proč vyplazujeme jazyk?
Vypláznout na někoho jazyk není zrovna slušné. Ovšem vždycky to neznamená výsměch či pohrdání! Je třeba sledovat kulturní kontext, psychiku daného člověka i momentální situaci. Možných vysvětlení je mnohem víc…   Procházíte se po tibetské vesnici a kolemjdoucí na vás vyplázne jazyk. Všechno je v pořádku, vyplázněte ho na něj taky! Hlavně na venkově, kde […]
QR kód: Černobílé kostičky ukrývají poselství
Používáme ho denně, jen někteří ale tuší, že původně byl určen k úplně jiným účelům. Dnes je QR kód nedílnou součástí moderní doby.   Co zkratka QR znamená? Dvě písmena ukrývají spojení „quick response“, což v angličtině znamená „rychlá odpověď“. Zrození technologické vychytávky nastává v japonské společnosti Denso Wave, která se zaobírá výrobou automobilových komponentů pro […]
Mihotavé plamínky: Od kdy si svítíme svíčkami?
Před vynálezem svíček lidé osvětlovali své domovy a cesty ohněm, pochodněmi a lampami. Nejstarší dosud nalezený svícen pochází z etruské hrobky v italském Orvietu, datované do 7. století př. n. l. Tyto první archeologické důkazy však neznamenají, že si naši předkové nevyráběli svíčky ještě mnohem dříve.   Svícny se objevují i na mnoha dalších archeologických […]
Důkaz lásky: První zásnubní prsteny měli už v antice!
Když zásnubní prsten, tak s diamantem! Je to zkrátka klasika. Ale před koncem 19. století jsou diamantové zásnubní prsteny neobvyklé. To tradice nošení zásnubních prstenů je mnohem delší. Sahá dokonce až do antického Říma!   Římská starověká pravidla jsou důvodem, proč zásnubní prsten nosí pouze ženy. Tehdy totiž symbolizuje, které jsou pro potenciální nápadníky už […]
Záhady a napětí
Záhada vrchu Mouřenec: Straší tam přízraky mrtvých vojáků?
Na vrchu se drží oblaka mlhy. Vzduch je zde těžký a atmosféra tíživá. Přichází soumrak s ním i otázky, které dosud nebyly zodpovězeny. Opravdu se na Mouřenci po setmění objevují duchové padlých vojáků? Nebo jde o pouhé halucinace?   Vrch Mouřenec leží v údolí řeky Otavy na Šumavě. Působí jako místo, kde se zastavil čas. […]
Temné obavy herce Randyho Quaida: Pronásledovali ho nájemní vrazi z Hollywoodu?
Americký herec Randy Quaid má všechno. Tedy alespoň do chvíle, než začne tvrdit, že po něm i jeho ženě Evi jde tajná organizace. Skupina „Star Whackers“, prý tvořená elitou Hollywoodu, má podle něj na svědomí smrt několika hollywoodských herců: Heatha Ledgera, Davida Carradina a dalších. Byli Quaid se svou ženou na seznamu dalších obětí, jak […]
Hrobka faraona Psusennese: Tajemnější než legendární Tutanchamon?
V Egyptském muzeu v Káhiře, jen pár vitrín od slavného Tutanchamona, spočívá za sklem archeologický nález, který v návštěvnících budí úžas. Nádherný stříbrný sarkofág je snad ještě zajímavější než ve zlatě vyvedená maska Tutanchamona, a přesto jej nikdo nezná. Proč tomu tak je? A kdo byl faraon, jehož tělo v něm kdysi odpočívalo?   Píše se březen roku 1940. […]
Smrtící ostrov Gruinard: Britská vláda ho úmyslně zamořila antraxem!
Malý skotský ostrov Gruinard je za druhé světové války bombardován sporami antraxu, což z něj na dlouhé desítky let učiní jedno z nejnebezpečnějších míst na světě. Vstup na ostrov je od té doby přísně zakázán. Po dekontaminaci je sice prohlášen za bezpečný, pochybnosti ale zůstávají. A ještě zesílí poté, co ostrov v roce 2022 zachvátí […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Lahodná bramboračka
tisicereceptu.cz
Lahodná bramboračka
S nástupem chladných dní přijde vhod výživná polévka. Díky zdravému tuku ghí naše tělo lépe vstřebá potřebné vitamíny. Potřebujete 3 větší brambory 1/2 celeru 2 mrkve 1 petržel 2 stroužky če
Perníková chaloupka a realita: Překvapivé paralely mezi pohádkou a skutečným světem
epochaplus.cz
Perníková chaloupka a realita: Překvapivé paralely mezi pohádkou a skutečným světem
Příběh o Jeníčkovi a Mařence zná každé dítě. Děsivá pohádka o kruté čarodějnici, která láká děti do domku z perníku, aby je pak upekla v peci. Děti ji však přelstí, a babizna nakonec umírá ve vlastním ohni. Takto příběh zaznamenali bratři Grimmové v roce 1812, ale mnozí historici a badatelé se domnívají, že tato verze
Livigno poprvé v historii hostí závod Světového poháru mužů v Super-G
iluxus.cz
Livigno poprvé v historii hostí závod Světového poháru mužů v Super-G
Livigno se chystá na historický okamžik. Pouhý měsíc před začátkem zimních olympijských her 2026 přivítá tato ikonická alpská destinace poprvé v historii závod Světového poháru v alpském lyžování – Su
Katedrála pro koně: V Zákupech se chlubí barokním skvostem
historyplus.cz
Katedrála pro koně: V Zákupech se chlubí barokním skvostem
Barokní přestavbu zámku v severočeských Zákupech dokončila na přelomu 17. a 18. století Anna Marie Františka Toskánská. Po energické milovnici lovu a jezdectví v areálu zůstala i unikátní konírna. Je velmi bohatá a svoje peníze utrácí zodpovědně a s rozvahou. Velkovévodkyně Anna Marie Františka Toskánská (1672–1741) je investuje především do rozvoje zámku v Zákupech. Díky
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
Bezpečná schránka na severu: Česko poslalo do Globálního úložiště semen novou zásilku
21stoleti.cz
Bezpečná schránka na severu: Česko poslalo do Globálního úložiště semen novou zásilku
Špicberky jsou souostroví v Severním ledovém oceánu spadající pod Norsko. Snad každý je má spojené se zimou, sněhem a ledem. Mnohem méně lidí už ví, že tu funguje Globální úložiště semen, důležitých p
Barevný podzim v srdci Šumavy
epochanacestach.cz
Barevný podzim v srdci Šumavy
Příroda je tu tak divoce veselá, až se vám chce radostí vykřiknout. V tomto období navíc září pestrou škálou barev. Šumavské Povydří si v tento čas nelze nezamilovat. Hluboké údolí řeky Vydry charakterizují husté šumavské hvozdy a neustále zvonivě zurčící voda, která vede vašekroky lépe než nějaká GPS. Naučná stezka Povydří je jedna z nejkrásnějších,
Víc než jen pokrevní pouto!
skutecnepribehy.cz
Víc než jen pokrevní pouto!
Žijeme s bratrem v malém domku na kraji vesnice, kde čas jakoby se zastavil. Dům je starý, patřil totiž už našim prarodičům. Dřevěné trámy, zahrádka s ovocnými stromy, kuchyň s kamny, na kterých pořád vařím. S Karlem, který je o tři roky mladší než já, jsme se sem nastěhovali po smrti rodičů. Já byla po těžkém rozvodu, kdy mě manžel v šedesáti opustil pro mladší,
Oko, do duše okno – třeba vylepšené!
panidomu.cz
Oko, do duše okno – třeba vylepšené!
Nejste spokojeni se svou barvou očí a alespoň někdy byste chtěli změnu? Pořiďte si barevné kontaktní čočky. Váš pohled může zářit, potemnět, anebo se podobat divoké kočce. Oči nás při kontaktu s druhým člověkem nejvíc upoutají. Ne všem se však jejich barva líbí. Potom zaskočíme do obchodu, nebo si po internetu objednáme „jiné oči“. *
MIND dieta: recept pro zdravý mozek
nejsemsama.cz
MIND dieta: recept pro zdravý mozek
Jste to, co jíte, tady platí i pro duševní zdraví. Věděla jste, že prevencí Alzheimerovy nemoci je i jídlo? Alzheimerova choroba straší celý svět. Dobrou zprávou ale je, že MIND dieta může riziko jejího vzniku snížit. Jídlo jako lék pro mozek Lékařské studie ukazují, že to, co máte na talíři, může zpomalit stárnutí mozku a snížit riziko demence až
Utajený rozchod Holubové s manželem?
nasehvezdy.cz
Utajený rozchod Holubové s manželem?
Hvězda seriálu Jedna rodina Eva Holubová (66) našla před lety ve výtvarníkovi Miroslavu Zdeňkovi (67) toho pravého. Mají spolu dvě děti, nikdy se nemluvilo o žádné krizi, možná až podezřelá idylka. J
Callanish: Je to místo s mystickou aurou, nebo jen starověký kalendář?
enigmaplus.cz
Callanish: Je to místo s mystickou aurou, nebo jen starověký kalendář?
Představte si kamenný kruh starší než Stonehenge. Uprostřed divoké skotské krajiny se tyčí menhiry, které po tisíce let mlčí a střeží svá tajemství. Co nám chtějí říct? A jaké znalosti měli naši předk
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