Veštačka inteligencija koja poznaje zakone fizike mogla bi da ubrza razvoj kvantnih računara

Veštačka inteligencija (AI) poslednjih godina postala je nezaobilazan alat u naučnim istraživanjima, ali novo dostignuće istraživača sa Univerziteta Čalmers u Švedskoj pokazuje da njen potencijal može biti mnogo veći nego što se ranije pretpostavljalo.

Naučnici su razvili sistem mašinskog učenja koji ne počinje od nule, već u sebi već sadrži osnovna pravila fizike. Takav pristup omogućio je značajno brže projektovanje naprednih optičkih komponenti koje bi jednog dana mogle da igraju ključnu ulogu u razvoju kvantnih računara, fotonskih tehnologija i novih generacija optičkih uređaja, piše SciTech Daily.

Preporučujemo

Klasične neuronske mreže funkcionišu tako što analiziraju ogromne količine podataka i kroz proces učenja same pronalaze obrasce i zakonitosti. Međutim, kada je reč o složenim fizičkim sistemima, takav pristup zahteva ogromne računske resurse i veoma dugo vreme obuke.

Istraživači iz Švedske odlučili su da problem rešavaju drugačije – umesto da veštačka inteligencija samostalno „otkriva“ zakone prirode, oni su joj ih unapred ugradili. Neuralna mreža je tako od samog početka znala osnovna pravila elektromagnetizma i ponašanja svetlosti, što joj je omogućilo da mnogo brže dolazi do tačnih rešenja.

Rezultati su bili impresivni. Prema navodima istraživačkog tima, vreme potrebno za izvođenje složenih proračuna smanjeno je na približno desetinu prethodno potrebnog vremena. Poslovi za koje je ranije bilo potrebno oko mesec dana sada mogu biti završeni za svega nekoliko dana. Takvo ubrzanje moglo bi značajno da promeni način na koji naučnici razvijaju nove materijale i optičke komponente.

Istraživanje je sprovedeno u oblasti nanofotonike, grani nauke koja proučava ponašanje svetlosti na izuzetno malim dimenzijama. Kada svetlost prolazi kroz strukture manje od svoje talasne dužine, njeno ponašanje može postati veoma složeno i često odstupa od intuitivnih očekivanja. Upravo zbog toga projektovanje novih optičkih materijala zahteva ogroman broj simulacija i složenih matematičkih modela. Veštačka inteligencija koja razume fizičke zakone može da prepozna obrasce koje je ljudima gotovo nemoguće da uoče i da za kratko vreme ispita hiljade mogućih rešenja.

Jedan od najzanimljivijih aspekata ovog rada jeste njegova potencijalna primena u kvantnom računarstvu. Kvantni računari koriste zakone kvantne mehanike za obradu informacija i teoretski mogu da rešavaju određene probleme višestruko brže od najmoćnijih klasičnih računara. Međutim, razvoj takvih sistema zahteva izuzetno preciznu kontrolu svetlosti, energije i kvantnih stanja. Zbog toga naučnici intenzivno rade na razvoju novih fotonskih struktura koje bi omogućile efikasniji prenos i obradu kvantnih informacija.

Posebnu pažnju istraživača privlače fotonski kristali – veštački projektovane strukture koje mogu da kontrolišu kretanje svetlosti sa izuzetnom preciznošću. Ovi materijali sposobni su da reflektuju svetlost gotovo bez gubitaka i predstavljaju jednu od ključnih tehnologija za buduće kvantne komunikacione sisteme. Zahvaljujući novom pristupu, veštačka inteligencija može mnogo brže da pronađe optimalan dizajn takvih struktura, čime se ubrzava čitav proces razvoja novih tehnologija.

Tradicionalni pristupi zahtevali su generisanje ogromnih skupova podataka za obuku neuralnih mreža. Svaka simulacija mogla je da traje od deset minuta do jednog sata, a za ozbiljna istraživanja bilo je potrebno i do 40.000 različitih simulacija. Sam proces prikupljanja podataka često je trajao nedeljama ili čak mesecima. U novom modelu veliki deo tog posla postaje nepotreban, jer sistem već poseduje osnovno razumevanje fizičkih pravila kojima se materijali moraju povinovati.

Naučnici ističu da ovaj pristup predstavlja važan korak ka takozvanoj „fizikom vođenoj veštačkoj inteligenciji“ (Physics-Informed AI). Umesto da algoritmi samo analiziraju podatke, oni koriste postojeće naučno znanje kao polaznu osnovu. Time se smanjuje mogućnost grešaka, povećava preciznost predviđanja i ubrzava dolazak do korisnih rezultata. Ovakav koncept mogao bi da pronađe primenu ne samo u kvantnim tehnologijama već i u razvoju novih materijala, medicinskoj dijagnostici, energetici i istraživanju svemira.

Iako se kvantni računari još uvek nalaze u fazi intenzivnog razvoja, mnogi stručnjaci smatraju da će upravo kombinacija veštačke inteligencije i kvantnih tehnologija oblikovati narednu veliku tehnološku revoluciju. Sve veća sposobnost AI sistema da razumeju i primenjuju zakone fizike mogla bi značajno da skrati vreme potrebno za naučna otkrića i razvoj novih uređaja. Umesto da mesecima analiziraju milione mogućih kombinacija, istraživači će moći da koriste inteligentne sisteme koji već poznaju pravila prirode i koji ih koriste kao polaznu tačku za pronalaženje novih rešenja.

Novo istraživanje pokazuje da budućnost veštačke inteligencije možda ne leži samo u obradi velikih količina podataka, već u njenoj sposobnosti da razume svet na način koji je bliži naučnom razmišljanju. Kada se matematički modeli spoje sa temeljnim zakonima fizike, nastaju alati koji ne samo da računaju brže već i pomažu naučnicima da lakše istražuju granice mogućeg. Upravo zbog toga mnogi stručnjaci smatraju da bi ovakav pristup mogao da postane jedan od ključnih pokretača naredne generacije naučnih i tehnoloških otkrića.

(Telegraf Nauka / SciTech Daily)