В материале журнала «Эксперт» профессор кафедры физической электроники и технологии СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Алексей Борисович Устинов рассказал об исследованиях в области магноники и создании прототипов устройств для резервуарного компьютера.
08.04.2022
На базе Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» в 2021 году в рамках мегагранта Правительства Российской Федерации была создана лаборатория магноники и радиофотоники им. Б.А. Калиникоса. Ее главная задача – обнаружение и исследование физических эффектов, которые затем можно положить в основу работы резервуарного вычислителя. Руководит лабораторией российско-австралийский ученый, профессор кафедры физики и астрофизики Университета Западной Австралии Михаил Павлович Костылев.
Резервуарные вычисления – это очень современное и перспективное направление в области искусственного интеллекта. Оно основано на наблюдении, что не все слои нейронов в искусственной (компьютерной) нейросети обязательно изменять при обучении. Часто нейросеть может быть своеобразным «резервуаром» с постоянными связями между нейронами и при этом существенно помогать в процессе вычислений и анализе больших данных. Следующий шаг состоит в открытии, что этот резервуар не обязан быть программой – он может быть квантовой физической системой, которую можно встроить в вычислительную цепочку.
Михаил Павлович Костылев предложил совершенно новый тип реализации такого резервуара, на основе так называемых магнонов, то есть на основе взаимодействия квантовых магнитных моментов – спинов частиц. Физически резервуар, сделанный на магнонных принципах, – это тонкая магнитная пленка, по которой волны магнитного момента (спина) распространяются очень хитро и нелинейно и могут быть чем-то вроде квантового чипа, встроенного в обычные вычисления. Проведенные в Австралии эксперименты доказали значительный потенциал этой концепции.
«Подробно рассказать не могу, потому что это конфиденциальная информация, проект еще идет, у нас много конкурентов. Но сейчас мы исследуем необходимые физические эффекты и придумываем прототипы устройств. В итоге появится резервуарный компьютер. Это некий аналог нейросети, искусственная физическая система или техническое устройство, которое будет обрабатывать данные не традиционным – аналоговым или цифровым – способом, а с помощью процессов, похожих на те, что происходят в человеческом мозге».
Всего в проекте участвуют девять научных сотрудников, семь инженеров и четыре техника. Помимо исследований, проект включает в себя подготовку аспирантов и докторантов. Также в грант включено оснащение лаборатории контрольно-измерительными приборами, генераторами сигналов и другим современным оборудованием.
«Обычно от открытия какого-то физического эффекта до его реального внедрения в промышленность проходит лет десять. Так что первые прототипы устройств будут разработаны к концу проекта (к 2023 году) в соответствии с планом работ. А реально масштабное внедрение будет требовать дальнейших инженерных проработок, что не входит в задачи проекта. Это может быть реализовано при сотрудничестве с такими индустриальными партнерами, как завод «Магнетон», НПП «Радар ММС», НПП «Исток», имеющими опыт производства устройств магноники», – пояснил Алексей Борисович Устинов.
В декабре 2020 года СПбГЭТУ «ЛЭТИ» впервые стал победителем конкурса на получение мегагранта Правительства Российской Федерации – поддержку получил проект ученых кафедры физической электроники и технологии «Резервуарные компьютеры на принципах магноники как новое направление искусственных нейронных сетей».
Работы в области магноники соответствуют научно-исследовательской политике университета в рамках программы развития Приоритет 2030 и находятся в русле стратегического проекта №1 «Наногетероструктурная электроника, фотоника и радиофотоника».
При подготовке материала использована статья «Российскую науку нельзя изолировать» (журнал «Эксперт»)
