AI real time

Primeiro cérebro eletrônico neuromórfico está online

Redação do Site Inovação Tecnológica -  23/03/2016

 

O neurocomputador é formado por uma série de chips híbridos - analógico-digitais - chamados Spikey.

 


Neurocomputador

Pesquisadores da Universidade de Heidelberg, na Alemanha, vão disponibilizar o acesso via internet ao seu neurocomputador BrainScales.

Construído pela equipe do professor Karlheinz Meier para auxiliar na execução do Projeto Cérebro Humano, o BrainScales foi o primeiro a comprovar que os processadores neuromórficos podem superar os processadores digitais.

Neuroprocessadores, ou processadores neuromórficos, são aqueles que tentam imitar o funcionamento do cérebro humano.

"O sistema BrainScales vai além dos paradigmas de uma máquina de Turing e da arquitetura von Neumann, ambos projetados durante meados do século 20 pelos pioneiros da computação Alan Turing e John von Neumann. Ele nem executa uma sequência de instruções, nem é construído como um sistema de unidades fisicamente separadas de processamento e memória.

"Ele é mais uma imagem direta, feita sobre silício, das redes neuronais encontradas na natureza, imitando células, conexões e comunicações intercelulares por meio da mais moderna microeletrônica analógica e digital," explicou o professor Meier.

O protótipo mais recente do neurocomputador é composto por 20 chips chamados Spikey, com um total de 4 milhões de neurônios e 1 bilhão de sinapses.

• Darwin, um processador neuromórfico com plasticidade cerebral

Compressão do tempo

Esta é a estrutura completa do BrainScales, que foi colocado online. [Imagem: Universidade de Heidelberg]

Segundo a equipe, processos de aprendizado e técnicas evolucionárias podem ser emuladas no neurocomputador com uma aceleração de 1.000 vezes em relação aos mecanismos naturais, "de forma que um dia biológico pode ser comprimido para 100 segundos na máquina".

O equipamento está sendo disponibilizado para uso pela rede de pesquisas do Projeto Cérebro Humano, mas outras instituições e até mesmo empresas foram convidadas a se juntar ao esforço e descobrir novos usos para os neuroprocessadores.

Além das pesquisas básicas em inteligência artificial e auto-organização de redes neurais, o professor Meier afirma que o equipamento será útil para equipes trabalhando com aprendizado profundo, uma técnica que empresas como Google e Facebook vêm utilizando para analisar grandes volumes de dados e qualquer grande simulação de eventos naturais.

Durante o evento no qual foi anunciada a conexão do BrainScales à internet, a equipe da Universidade de Manchester, no Reino Unido, responsável pelo desenvolvimento do "cérebro eletrônico SpiNNaker" anunciou que seu neuroprocessador também está entrando em operação, mas local, com uma capacidade de processamento comparável à do BrainScales.

• Como os computadores pretendem imitar o cérebro

Avançando na computação

Qubit geométrico é imune a interferências externas

Redação do Site Inovação Tecnológica -  04/03/2016

 O feito foi possível graças a um conceito geométrico conhecido como Fase de Berry, que pode ser entendida como um equivalente quântico do conhecido pêndulo de Foucault. [Imagem: Peter Allen]

Qubit geométrico

Qubits são muito bons, podendo conter qualquer valor entre 0 e 1, mas também são muito chatos, importando-se com qualquer coisa que aconteça ao seu redor, o que os faz emburrar e perder os dados.

Por isso, o maior trabalho na construção de uma memória ou processador quântico é isolar os qubits de qualquer ruído ou interferência externa.

Mas agora pesquisadores alemães e norte-americanos usaram a geometria para executar uma operação lógica quântica - a rotação do qubit, que faz variar seu valor - que, surpreendentemente, é intrinsecamente resistente ao ruído, bem como a variações na intensidade ou na duração dos controles usados para gravar e ler seus dados.

Fase Berry

O feito foi possível graças a um conceito geométrico conhecido como Fase de Berry, que pode ser entendida como um equivalente quântico do conhecido pêndulo de Foucault, que oscila e gira ao mesmo tempo, atingindo vários pontos em volta de uma esfera imaginária em sua base, e não apenas dois pontos, como os pêndulos normais.

O qubit é rotacionado livremente dentro de um nanocristal de diamante. [Imagem: Christopher G. Yale et al. - 10.1038/nphoton.2015.278]

Esse pêndulo de Foucault quântico foi implementado através de meios puramente ópticos - usando apenas luz - dentro de um pequeno defeito, conhecido como vacância de nitrogênio, no interior de um cristal de diamante.

• Processador quântico é construído dentro de um diamante

Os pesquisadores manipularam a fase Berry do qubit usando um laser, em vez de usar a técnica mais comum, que controla os qubits no diamante usando micro-ondas. Controlar os qubits por luz é muito mais prático não apenas para processar, mas também para transmitir informação quântica.

"Nós tendemos a ver as operações quânticas como muito frágeis e suscetíveis ao ruído, especialmente quando comparadas com a eletrônica convencional. Em contraste, a nossa abordagem mostra uma incrível resistência às influências externas, cumprindo um requisito fundamental para qualquer tecnologia quântica prática," comentou o professor David Awschalom, que chefia uma das equipes mais atuantes no campo da spintrônica e da computação quântica.

Bibliografia:

Optical manipulation of the Berry phase in a solid-state spin qubit
Christopher G. Yale, F. Joseph Heremans, Brian B. Zhou, Adrian Auer, Guido Burkard, David D. Awschalom
Nature Photonics
Vol.: 10, 184-189
DOI: 10.1038/nphoton.2015.278

É ciencia pura

Físico quântico robótico faz descobertas inéditas

Redação do Site Inovação Tecnológica -  25/02/2016

O algoritmo Melvin descobriu que os experimentos quânticos mais simples podem ser assimétricos, o contrário do que a intuição humana sinaliza. [Imagem: Robert Fickler/Universidade de Viena]

Cientista robótico

Como ninguém nega que o trabalho dos cientistas pode se tornar cansativo e tedioso em muitas ocasiões, tem havido um esforço contínuo na automação das tarefas mais chatas.

Isso está gerando avanços importantes no campo do aprendizado profundo e da inteligência artificial a serviço da ciência e da educação, levando até mesmo à criação dos primeiros robôs cientistas.

Ocorre que os resultados foram além de automatizar processos repetitivos: os programas e computadores podem fazer coisas que são difíceis e complicadas para os seres humanos.

Foi o que demonstraram Mario Krenn e seus colegas da Universidade de Viena, na Áustria, ao desenvolverem um algoritmo que projeta novos experimentos quânticos.

Além da intuição humana

Como a mecânica quântica nada tem de intuitiva, normalmente contrapondo-se à forma usual com que vemos o mundo, e como o computador não se baseia na intuição humana, o programa mostrou-se capaz de encontrar novas soluções desconhecidas.

"Depois de muitas tentativas frustradas de chegar a uma implementação experimental, chegamos à conclusão de que a nossa intuição sobre estes fenômenos parecia estar errada. Nós percebemos que, no final, estávamos apenas tentando arranjos aleatórios de blocos de construção quântica. E isso é o que um computador pode fazer bem - mas milhares de vezes mais rapidamente," explica Krenn.

Depois de algumas horas de cálculo, o programa - que a equipe batizou de Melvin - encontrou a receita para uma questão que a equipe não foi capaz de resolver. E a estrutura da receita surpreendeu.

"Suponha que eu queira construir um experimento para montar um estado quântico específico no qual estou interessado. Os seres humanos consideram intuitivamente configurações que refletem as simetrias do estado. No entanto, o Melvin descobriu que o estado mais simples pode ser assimétrico e, portanto, contra-intuitivo. Um ser humano provavelmente nunca iria chegar a essa solução," disse o professor Anton Zeilinger, coordenador da equipe.

 A equipe é uma das mais atuantes no campo da física quântica, detendo recordes de entrelaçamento quântico multidimensional e explorando as novas possibilidades de transmissão de dados por meio da luz torcida. [Imagem: Mario Krenn et al./Pnas]

Físico quântico robótico

Os físicos aplicaram a ideia a várias outras questões e agora têm dezenas de respostas novas e surpreendentes com que trabalhar.

O programa Melvin não só tenta arranjos aleatórios de componentes experimentais, mas também aprende a partir das tentativas anteriores bem-sucedidas, o que acelera significativamente a taxa de descoberta de soluções mais complexas. Ainda que nem sempre seja simples entender as receitas que ele gera.

"As soluções são difíceis de entender, mas fomos capazes de extrair alguns truques experimentais novos que não tinham sido pensados antes. Alguns desses experimentos concebidos pelo computador estão sendo construídos no momento em nossos laboratórios," diz Krenn.

No futuro, a equipe pretende aplicar seu "físico quântico robótico" para perguntas ainda mais gerais na física quântica, e espera que ele ajude a investigar novos fenômenos não acessíveis à intuição humana.

Bibliografia:

Automated Search for new Quantum Experiments
Mario Krenn, Mehul Malik, Robert Fickler, Radek Lapkiewicz, Anton Zeilinger
Physical Review Letters
Vol.: Accepted Paper
DOI: http://arxiv.org/abs/1509.02749