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
Australská těžařská společnost představila koncept elektrické lokomotivy, která nepotřebuje diesel ani externí nabíjení. Její baterie se dobíjejí sama díky gravitaci a rekuperaci a může to znamenat revoluci v bezemisní železniční dopravě. Společnost Fortescue, jeden z největších světových hráčů v těžbě železné rudy, nedávno odkryla první prototyp své elektrické lokomotivy s názvem Infinity Train. Tento „nekonečný […]
Dálnice D4 směrem na Písek sbírá jedno nej za druhým…Je to nejen nejdelší otevřený úsek v historii České republiky vybudovaný formou PPP, tedy ve spolupráci veřejného a soukromého sektoru, ale také první dálniční stavba u nás, která má kompletní BIM model – a navíc plně „oživený“. Díky platformě ViiDA od společnosti VARS BRNO vzniklo vůbec […]
Před pětadvaceti lety vyrazila mladá doktorandka do senegalské savany s jednoduchou, ale odvážnou otázkou: kde ještě žijí poslední jedinci kriticky ohrožené antilopy Derbyho a čím se vlastně živí? Netušila, že právě tato cesta se stane začátkem jednoho z nejdéle trvajících a nejúspěšnějších českých projektů na ochranu africké fauny – projektu, který dnes nemá ve světě […]
Odpady nemusí být vyloženě jen problém, ale i příležitost. Cemex, jeden z největších producentů stavebních materiálů, ukazuje, jak proměnit odpad v cenný zdroj energie i materiálu. Díky inovacím v recyklaci betonu a energetickému využití odpadů v cementárně se tak Cemex stává lídrem udržitelného stavebnictví. V České republice vzniká každoročně přes 30 milionů tun odpadu. Mnoho z […]
reklama
Historie
Kterému králi říkali Sedlák Jirka?
Jisté formy podivínství jsou u britských panovníků součástí rodového dědictví. Nepěknou pověst si mezi historiky vyslouží hlavně Jiří III.   „Jako většina Hannoveřanů nebyl Jiří III. nijak chytrý, ale byl od přírody zvědavý a rád se do všeho pletl,“ píše o něm současný britský spisovatel Karl Shaw. „Proto se stal patronem věd a umění, ačkoliv […]
Drtil šachový velmistr Aljechin soupeře jako kuřátka?
Šlechtická rodina ruského velkostatkáře bezesporu dokáže svým potomkům zajistit život v blahobytu, ale malý Alexandr Aljechin si přesto o šťastném dětství může nechat jen zdát.   Matku přivede příliš brzy do hrobu její láska k alkoholu, pro otce zase není problém prohrát milion rublů v kasinu. V sedmi letech mladý Aljechin nachází v šachu únik od všech problémů. Hře […]
Nahradila symbol ponížení v Barceloně oáza klidu?
Katalánsko ve válce o španělské dědictví podporovalo rakouské Habsburky. Španělský trůn však pro sebe na základě mírových smluv mezi evropskými mocnostmi uhájí Filip V. z rodu Bourbonů. Katalánci to nerespektují, a tak vnuk francouzského krále Ludvíka XIV. musí jejich odpor zlomit silou.    Vojsko Filipa V. (1683–1746) koncem července 1713 oblehlo katalánskou metropoli Barcelonu. Dobývat […]
Umělec na Montmartru si užíval zelenou hodinku
Štětec letí po plátně. Pod jeho tahy se rodí hřmotná postava muže s černým kloboukem a výraznou červenou šálou. Henri de Toulouse-Lautrec právě maluje plakát k představení svého přítele, kabaretiéra Aristida Bruanta, v jehož podniku Le Mirliton na Montmartru bývá víc než doma.    „Svou situaci řeší tak, že se obrní humorem, malířstvím a nestřídmostí,“ […]
Zajímavosti
Zázračná podkova: Proč se stala symbolem štěstí?
Už od starověku je koně je dostávají proto, aby si neopotřebovali kopyta. Stejně nezbytné jsou však podkovy i pro nás – nosí štěstí! Proč se zrovna tato obyčejná věc spojuje s příznivým osudem? Důvodů je překvapivě mnoho!   Stane se to prý v roce 969, v kovářské dílně všestranného anglického mnicha (a později světce) Dunstana […]
Největší ledovec světa je vysoký jako dva Žižkovské vysílače!
Sledovat žebříček největších ledovců světa je pořádná fuška, protože stačí teplejší počasí a pořadí se rychle promění. Aktuálně patří první příčka ledovému cvaldovi s označením A23a.   Zamrzlá Antarktida láká výzkumníky odnepaměti. Oblast šelfového ledovce, jež má přídomek Filchnerův-Ronneové, obhlíží kolem roku 1975 vědci ze Sovětského svazu a v regionu zřídí stanici s názvem Družnaja. Její […]
Diphylleia grayi: Květina, jakou jste neviděli!
Její botanický název zní Diphylleia grayi a říká se jí různě, například křišťálová květina. Má ale také mnohem drsnější přezdívky, jako skeletový květ nebo kostlivec. Ty jsou vzhledem k její neobyčejné vlastnosti docela přiléhavé.   V českých luzích a hájích ji ve volné přírodě nenajdeme. Její domovinou jsou vlhké, zalesněné hory v chladnějších oblastech Japonska, […]
Plačící sochy: Zázračné úkazy, nebo podvod?
Pětiletá Jessica Gregoriová chvíli vyděšeně zírá na ten podivný výjev, pak s křikem utíká domů: „Tati! Pomoc! Ona krvácí!“ Z očí sošky Panny Marie umístěné v zahradním výklenku pomalu stéká rudá tekutina…   Sádrová soška je jako mnoho dalších zakoupená v obchůdku na poutním místě v Međugorje v západní Hercegovině. Do italského městečka Civitavecchia ležícím nedaleko Říma ji doveze […]
Záhady a napětí
Tajemné těleso ve sluneční soustavě: Kde se vzala kometa Atlas?
V uplynulých měsících to bylo jedno z největších témat ve světě astronomie a ostatně i ve světě vesmírných záhad. Kolem naší planety totiž proletělo tajuplné těleso z hlubokého vesmíru. 3I/ATLAS je teprve třetím potvrzeným mezihvězdným objektem v blízkosti Země. Už to samo o sobě vyvolává spekulace. Jde jen o kometu? Nebo by tento návštěvník mohl být umělého původu?   […]
Největší tajemství Johna Lennona: Pronásledoval ho poltergeist?
Stál u zrodu legendární kapely Beatles, byl symbolem hudební revoluce šedesátých let, ikonou popkultury i výrazným mírovým aktivistou. Jenže John Lennon (1940–1980) nebyl jenom autorem slavných písní a provokativních politických gest. Podle vzpomínek jeho blízkých i řady článků byl několikrát svědkem událostí, které se vymykají racionálnímu vysvětlení. Skutečně měl co do činění s poltergeistem?   Samovolně […]
Americký silniční trol: Monstrum z masa a kostí, nebo přízrak z legend?
Na amerických silnicích se lze setkat s mnohými podivnými jevy, od přízraků automobilů po šílené duchy. Podivná postava, o níž přicházejí zprávy už celá desetiletí, ale nepatří ani do jedné této kategorie. Road Troll, tedy v překladu něco jako „silniční troll“, má být vysoký zarostlý muž s dřevěnou nohou, který se náhle objevuje ve světle reflektorů […]
Zaměstnala NASA kněze, aby ji připravil na setkání s mimozemšťany?
Co se stane, až se poprvé podíváme do oči mimozemšťanovi? Rozpoutá se panika? Zhroutí se náboženství? Spojí se lidstvo dohromady? Podobné otázky si zřejmě klade i NASA. V roce 2021 totiž do týmu přizve anglikánského kněze, prý aby vymyslel strategii, jak lidstvo připravit na kontakt s jinou civilizací… Proč nyní? Je snad něco takového na spadnutí?   […]
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
Skandinávský jablečný dezert s jogurtem a drobenkou
nejsemsama.cz
Skandinávský jablečný dezert s jogurtem a drobenkou
Severský dezert do skleničky spojující teplá jablka, jogurt a křupavé vločky. Ingredience: 2 jablka 1 lžíce másla 2 lžíce cukru skořice 100 g bílého jogurtu 50 g ovesných vloček 1 lžička medu Postup: Jablka nakrájejte a orestujte na másle s cukrem a skořicí, dokud nezměknou a nevytvoří voňavou karamelovou směs. Vločky nasucho opražte dozlatova a promíchejte s medem, aby vznikla křupavá drobenka. Do sklenic vrstvěte jogurt, teplá
Tajný život zvířat
epochanacestach.cz
Tajný život zvířat
Obrazy prezentované na výstavě vznikaly postupně od roku 2018, s občasnými časovými přestávkami. Iva Wronka řadí svůj výtvarný styl k pop-surrealismu, směru, který v sobě propojuje filozofii, fantazii, hravost i veselost. Autorka o své tvorbě říká: „Zavřu oči a opona se zvedá. Ve své fantazii jsme nejsvobodnější a nikomu se nezodpovídáme – záleží jen na
Zich zemřel při tom, co tolik miloval
nasehvezdy.cz
Zich zemřel při tom, co tolik miloval
Zpěvák Karel Zich (†55) byl plný energie, měl velké plány a nic nenasvědčovalo, že se jeho příběh má uzavřít. Přezdívalo se mu český Elvis Presley nejen kvůli vzhledu, ale především díky jeho neza
Výtečné francouzské palačinky
tisicereceptu.cz
Výtečné francouzské palačinky
Na přípravu jsou nenáročné, jen u těch francouzských dávejte pozor, ať jsou pěkně tenké. Ingredience 4 vejce 400 g hladké mouky vanilkový cukr 1 litr mléka 200 ml slunečnicového oleje ½ lži
5 nejzáhadnějších novodobých kruhů v obilí: Jsou to vzkazy od mimozemské civilizace
enigmaplus.cz
5 nejzáhadnějších novodobých kruhů v obilí: Jsou to vzkazy od mimozemské civilizace
Agrosymboly neboli kruhy v obilí patří k největším záhadám světa. Kdo vytváří tajemné obrazce, které se objevují prakticky po celé planetě, dodnes není jisté. Odborníci i laici se přou: mohou to být m
Fígle pro pěkné nehty
panidomu.cz
Fígle pro pěkné nehty
Říká se, že kvalita a úprava nehtů na vás hodně prozradí. Když je to tedy tak důležité, zde je pár tipů na péči o ně! Suché a lámavé nehty ocení olejovou koupel. Tu připravíme v misce teplé vody, kam přimícháme 2 lžíce oleje (například jojobového, olivového nebo růžového). Olej nepřidávejte přímo, ale nejprve ho rozšlehejte
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
Vnučka mi darovala kouzelnou kuličku
skutecnepribehy.cz
Vnučka mi darovala kouzelnou kuličku
Malá Zuzanka mi dala nevšední dárek. Našla starý amulet, a ten byl nejspíš opravdu kouzelný. Splnil mi přání a pak zmizel. Když jsem odešla do důchodu, dostavil se šok z této nové životní role. Vyměřený důchod tvořil něco kolem padesáti procent mého platu. Přitom finanční vydání na provoz domácnosti a živobytí samozřejmě zůstaly stejné, vlastně se měsíc po měsíci
Překvapení na mikroúrovni: Bakterie se umí adaptovat i na nanostříbro
21stoleti.cz
Překvapení na mikroúrovni: Bakterie se umí adaptovat i na nanostříbro
Nanočástice stříbra byly považovány za zbraň č. 1 v boji s bakteriemi odolnými vůči antibiotikům. Vědci z přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého však upozorňují, že bakterie se systematicky adapt
4 klíčové osobnosti v dějinách metropole: Dopustil se Kennedy gramatické chyby?
historyplus.cz
4 klíčové osobnosti v dějinách metropole: Dopustil se Kennedy gramatické chyby?
„Všichni svobodní lidé, ať žijí kdekoliv, jsou dnes občany Berlína… Ich bin ein Berliner!“ hřímá John F. Kennedy k bezmála půl milionu západních Berlíňanů, kteří již téměř dva roky žijí za neprostupnou zdí. Jeho slova publikum odmění náležitým potleskem. Někteří se však podivují prezidentově němčině. Dopustil se totiž mluvnické chyby, která dramaticky mění význam vyřčené
Nový Mercedes-Benz třídy S: technologická a luxusní evoluce vlajkové lodi
iluxus.cz
Nový Mercedes-Benz třídy S: technologická a luxusní evoluce vlajkové lodi
Mercedes-Benz uvádí novou evoluci třídy S, která potvrzuje výjimečné postavení tohoto modelu jako technologického a luxusního etalonu automobilového světa. Při příležitosti 140 let od vynálezu automob
Proč lidé ve viktoriánské Anglii fotili mrtvé členy rodiny?
epochaplus.cz
Proč lidé ve viktoriánské Anglii fotili mrtvé členy rodiny?
Viktoriánská éra v 19. století v Anglii miluje portréty, rodinné památky a důstojnost. Smrt z toho nevybočuje, naopak. Když v 19. století někdo zemře, fotoaparát se stává stejně samozřejmou součástí rozloučení jako rakev či modlitba. Posmrtná fotografie není morbidní výstřelek, ale tichý a hluboce lidský způsob, jak si uchovat tvář milovaného člověka navždy. Fotografování je
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