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
Hudba není jenom zvuk. Je to puls, rytmus a harmonie, které proudí naším mozkem doslova jako životodárný gejzír. Už dávno víme, že mozek při poslechu nebo hraní hudby nepracuje pasivně, ale aktivuje rozsáhlé sítě nervových spojů spojených s pamětí, emocemi, pozorností a učením.   Moderní věda potvrzuje, že hudba stimuluje plasticitu mozku, zvyšuje jeho odolnost […]
Střevní červi mohou tlumit zánět v lidském těle, ale jen pokud mají dostatek vlákniny. Bez ní se jejich organismus přepne do jakéhosi hibernačního režimu a ochranný efekt mizí. Ukazuje to nová studie parazitologů z Biologického centra Akademie věd ČR publikovaná v prestižním časopise Nature Communications.   Střevní parazité byli po většinu evoluční historie běžnou součástí lidského […]
Budoucí český astronaut major Aleš Svoboda, bojový pilot Armády České republiky, zahájil třetí a závěrečnou fázi svého základního astronautského výcviku v Evropském středisku astronautů (ESA) v Kolíně nad Rýnem. Dvouměsíční intenzivní program o rozsahu 187 hodin je zaměřen na praktické dovednosti potřebné pro práci na oběžné dráze a představuje další krok na cestě k účasti […]
Toyota pokračuje ve vývoji vodíkových technologií a nově testuje využití supravodivosti, která může výrazně zvýšit efektivitu vodíkových pohonů. Experimentální řešení automobilka vyzkoušela v závodním voze GR Corolla, který slouží jako mobilní laboratoř při vytrvalostních závodech japonské série Super Taikyu.   Závodní Toyota GR Corolla slouží od roku 2021 jako mobilní technologická laboratoř pro vývoj vodíkových […]
reklama
Historie
Poslední velká bitva v Británii se strhla na vřesovišti
Pravému křídlu Karlovy armády se podařilo narušit britské linie. Vzbouřenci toho ale nedokážou využít, jejich levé křídlo kvůli bažinatému terénu postupuje jen velmi pomalu. Britové přisunou na ohrožený úsek bojiště posily a vrhnou se do rozhodujícího protiútoku…   Vrátit Stuartovce na britský trůn chtěli už v roce 1715, jejich povstání ale skončilo neúspěchem. Znovu to […]
Zachránil lékař bez diplomu tisíce dětí?
Od roku 1903 hostí newyorský Coney Island lunapark, který však spíš než klasický zábavní park připomíná přehlídku zázraků. K vidění je tu celá řada kuriozit – obřím modelem Vernovy ponorky počínaje a vesničkou plnou „pravých“ živoucích trpaslíků konče. Dokonce jsou tu i první inkubátory. I s předčasně narozenými dětmi!   Novorozenci, umístění ve zdejším zařízení, jsou tak […]
Hugo František ze Salmu se nebál průmyslové špionáže
Cestující, zesláblý kvůli nemoci, se nemůže ani pohnout a anglický celník od jeho prohlídky shovívavě upustí. Netuší, že pod rukávy a nohavicemi má mazaný pasažér omotané technické výkresy, podléhající přísnému utajení.   Ve vídeňské knížecí rodině císařského komořího Karla Josefa ze Salm-Reifferscheidtu (1750–1838) mají smíšené pocity. Na apríla, 1. dubna 1776, sice kněžna Marie Františka z Auerspergu […]
Utápěl arcivévodův řidič deprese v alkoholu?
„Je to silný alkoholik. Pije denně, klidně litr nebo litr a půl rumu,“ stěžuje si soudu v Brně manželka pana Lojky. Její muž se skutečně už roky topí v depresích. Má totiž za to, že vypuknutí světové války způsobil právě on. Když v Sarajevu špatně odbočil…    Vyučil se řezníkem a ve svých 21 letech narukoval k dragounskému […]
Zajímavosti
Záhada andělů v bitvě u Monsu: Zázrak, nebo propaganda?
Zbraně utichnou, do tváří vojáků se vkrade úžas. Záře zalije bitevní pole a z nebes se snese sbor andělů. Němcům dá jasně najevo, která strana má právo na boží ochranu!   Světem zmítá první z globálních konfliktů a Britský expediční sbor v něm má být právě pokřtěn ve velkém. Nejde o žádné nováčky. Jsou to skvěle vycvičení chlapi. […]
Mléčná dráha: Proč je kanibalskou galaxií?
Slunce se svými planetami si nelétá vesmírem jen tak. Je součástí dalšího obřího kolosu, galaxie Mléčné dráhy! Co o ní vůbec víme? Je stejná jako každá jiná? A jaký ji čeká osud?   Bohyně Héra prudce odstrčí malého Hérakla od prsu a trocha mléka ukápne. Ne na zem, ale na oblohu! I díky tomuto mýtu […]
Smrtící Ebola: Umírá každý druhý nakažený
Deštný prales v nitru rovníkové Afriky patří jen zvířatům a několika málo domorodým kmenům. V této odlehlé části světa žijí lidé v izolovaných vesnicích, nikoho nezajímají, a kdyby se zde neobjevil nejnebezpečnější smrtící vir v moderních dějinách, nejspíš bychom o vesnici Yambuku a řece Ebola dodnes nevěděli.   V roce 1976 ředitel místní školy Mabalo Lokela vyrazí na misijní […]
Kde se vzaly kudrnaté vlasy?
Co člověk, to vlasy! Můžeme mít rovné, vlnité, kudrnaté i dokonalé afro… Proč nás ale příroda obdařila takovou rozmanitostí? Je to náhoda? Nejspíš není!   Které byly dřív: rovné, nebo kudrnaté? Zdá se, že odpověď vědci znají. „Lidé se vyvinuli v rovníkové Africe, kde máte slunce neustále nad hlavou,“ vysvětluje antropoložka Nina Jablonski (*1953) z […]
Záhady a napětí
Ukrývá se pod klášterem v Plasích poklad z dávných časů?
Když císař Josef II. rozhodl o zrušení plaského kláštera, měl poslední opat Celestin Werner údajně schovat klášterní poklad do podzemí. Devět sudů naplněných zlatem a stříbrem čeká prý dodnes na svého nálezce. Pokud je pravda, že se tam skutečně něco skrývá, proč nikdo za více než dvě stě let poklad nenašel?   Klášter Plasy patřil […]
Světelné koule u města Marfa: Stále nemají jasné vysvětlení!
Je to optický jev, které nedává spát badatelům z celého světa. Řeč je o záhadných světlech v blízkosti města Marfa v americkém státě Texas. Údajně mohou být žlutooranžová, zaznamenat prý ale lze i jiné odstíny.  Co jsou zač?   Děje se nám to přímo před očima, ale nikdo neví proč. Záhadami opředená světla u města Marfa jsou nejčastěji […]
Kámen čarodějnice z anglického Essexu: Chrání obyvatele před černou magií?
V anglickém Essexu stojí záhadný kámen, který podle místních chrání vesnici před návratem zlého ducha. Legenda praví, že pod ním leží čarodějnice popravená před čtyřmi stoletími. Když Američané za druhé světové války kámen odstranili, místní trvali na tom, aby byl kámen okamžitě vrácen. Šlo o skutečné prokletí?   Na křižovatce u vesnice Great Leighs v […]
Magický útok na keňskou guvernérku: Šlo o pokus ovlivnit volby?
Poblíž domu, který obývá guvernérka keňského regionu Machakos Wavinya Ndeti, byla přistižena čtveřice podezřelých osob vybavených nejrůznějšími okultními pomůckami. Podle policie tu zřejmě plánovali provést magický rituál mířený proti političce. Proč?   Politické strany i jednotliví kandidáti po celém světě využívají nejrůznějších metod k dosažení úspěchu ve volbách, a ne vždy se přitom pohybují v […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Našli jsme se, a to je zázrak!
skutecnepribehy.cz
Našli jsme se, a to je zázrak!
Pána s pejskem jsem potkávala na procházkách. Nejdřív jsme se na sebe jen usmívali, pak jsme se začali zdravit. Ráda jsem se procházela nad řekou ve vilové čtvrti. Bylo na ní dobře patrné, že tu bydlí samí zazobanci. Po rozvodu jsem byla jakoby zraněná, bolelo to skoro až fyzicky, a tak mě dlouhé procházky uklidňovaly. Potkávala jsem
Charles Maurice de Talleyrand-Périgord: Francii prospěl víc než bůh
historyplus.cz
Charles Maurice de Talleyrand-Périgord: Francii prospěl víc než bůh
Francouzština zná slovní spojení „Éminence grise“, tedy šedá eminence. Je to označení pro člověka, který operuje ve skrytu, za rouškou tajemství, a přece svým slovem či perem řídí osud své země. Francie, protkaná význačnými osobnostmi s nebývalým espritem, má takových postav napříč středověkem i novověkem nespočet… Ludvík XIII. (1601–1643) má svého kardinála Richelieua (1585–1642), který
Pražský Hrad, který okouzlil i hvězdy
epochanacestach.cz
Pražský Hrad, který okouzlil i hvězdy
Praha má svou nezaměnitelnou tvář. Hradní paláce nad Vltavou vytvářejí pohled, který zná celý svět. Je to obraz, který okouzluje po staletí a nikdy nezevšední.   Neexistuje snad jediný Čech, který by ho neznal. Pražský hrad se objevuje na pohlednicích, ve filmech i na fotkách. A kdo si plánuje výlet do naší metropole, má ho
Chystá už Katy Perry veselku?
nasehvezdy.cz
Chystá už Katy Perry veselku?
Skočí po hlavě do manželství? Zprvu se zdálo, že z toho ani nic nebude. Po prvním rande zpěvačky Katy Perry (41) a bývalého kanadského premiéra Justina Trudeaua (54), které proběhlo před necelým roke
Ach, ty bolavé nohy…
panidomu.cz
Ach, ty bolavé nohy…
Nohy bolí, když moc chodíme, ale právě tak, když moc sedíme. Pro první pomoc není třeba hned sahat po tabletkách. Někdy pomůže pohyb, jindy změna životosprávy nebo prostředky z přírodní lékárny.   Rozmarýnová koupel Rozmarýn podporuje krevní oběh. A to právě potřebujeme, pokud nohy otékají a těžknou kvůli horšímu prokrvení. Spařte 2 lžíce rozmarýnové nati v 500
Vodnice posvátná: Fascinující žába z jezera uctívaného Inky
21stoleti.cz
Vodnice posvátná: Fascinující žába z jezera uctívaného Inky
Mezi nejzajímavější tvory Jižní Ameriky patří vodnice posvátná, známá rovněž jako posvátná žába. Je endemitem vysokohorského jezera Titicaca, nacházejícího se na hranici mezi Peru a Bolívií. [capti
Suchý zip se inspiruje přírodou. Vzniká díky bodlákům
epochaplus.cz
Suchý zip se inspiruje přírodou. Vzniká díky bodlákům
Na první pohled obyčejný bodlák u cesty, který se nepříjemně zachytává na oblečení. Právě tahle drobnost ale inspiruje jeden z nejpraktičtějších vynálezů 20. století, a to suchý zip. Švýcarský inženýr George de Mestral v něm napodobuje přírodu tak dokonale, že jeho nápad dnes používáme denně, aniž bychom o tom přemýšleli. Příběh začíná ve 40. letech,
Moser slaví průlom: kolekce Axis zazářila v Londýně
iluxus.cz
Moser slaví průlom: kolekce Axis zazářila v Londýně
Česká sklárna Moser má za sebou výjimečný moment své novodobé historie. Poprvé představila novou kolekci v zahraničí – v Londýně, jedné z nejvýznamnějších světových metropolí designu. Kolekce Axis, vy
Plevel ovládl váš trávník? Možná děláte tuhle zásadní chybu
rezidenceonline.cz
Plevel ovládl váš trávník? Možná děláte tuhle zásadní chybu
Pokud váš trávník po zimě připomíná spíš flekatý koberec než lákavý zelený porost, není to náhoda. Jaro vždy nemilosrdně odhalí místa, kde plevel využil náskok, který získal ještě před začátkem sezóny. Dobrou zprávou je, že právě teď máte šanci změnit pravidla hry. Když půda volá o pomoc Důvod, proč se plevele na jaře chovají životaschopněji
5 mýtů, kterých se zbytečně bojíme
nejsemsama.cz
5 mýtů, kterých se zbytečně bojíme
Cholesterol má špatnou pověst. Často ho vnímáme jako tichého nepřítele, který nepozorovaně ničí cévy. Ve skutečnosti je ale pro tělo nezbytný, bez něj by nefungovaly buňky ani hormony. Kde je tedy pravda? Možná jste to také zažila. Přijdete k lékaři a ten vám oznámí, že máte zvýšený cholesterol. Najednou se vám v hlavě roztočí kolotoč obav z infarktu, z diet bez
Nejenom na Rožmberku straší přízrak
enigmaplus.cz
Nejenom na Rožmberku straší přízrak
Na českých hradech a zámcích se po staletí šeptá o tajemné Bílé paní, éterické postavě v dlouhém šatu, která se zjevuje v tichých chodbách i zámeckých komnatách. Někdy varuje před neštěstím, jindy jen
Pórková krémová polévka
tisicereceptu.cz
Pórková krémová polévka
Pórek se k přípravě polévky přímo nabízí. A podle nás je nejlepší v této krémové. Suroviny na 4 porce 1,5 l vývaru nebo vody s kořením dle chuti 1 velký pór sůl 2 větší brambory 2 stroužky č
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