Klasické počítače spoléhají na záplavu jednoduchých tranzistorů, které se přepínají přesně definovaným způsobem. Dokonce i neuronové sítě, které pohánějí velké jazykové modely, se skládají z mnoha základních jednotek, jejichž strukturu je nutné detailně navrhnout a optimalizovat. S rostoucí složitostí úloh je ale tento přístup stále náročnější na hardwarové prostředky a energii.
Clemens Bechinger z Universität Konstanz a jeho kolegové zvolili úplně jinou strategii. Namísto digitálních obvodů využili soustavu několika stovek kmitajících mikroskopických částic, aktivních koloidních oscilátorů, pro které jsou vstupním signálem zpracovávaná data. Částice jsou umístněné v kapalině, která zprostředkovává vzájemné interakce mezi pohyby částic, vyvolanými vstupním signálem. Systém reaguje na vstupní data složitou kolektivní dynamikou, na které se významně podílí proudění kapaliny vyvolávané částicemi.
Složitá dynamika pole mikročástic samovolně vytváří komplexní reprezentace vstupních dat. Při zpracování klasickým počítačem by to vyžadovalo výpočetně náročné operace. Výpočetní hejno kmitajících částic provádí rezervoárové výpočty (reservoir computing). Bechinger a spol. je jako první předvedli na systému složeném z mnoha vzájemně interagujících mikroskopických částic.
Jak říká Bechinger, pozoruhodné je, že vlastně nevadí, když plně nechápeme dynamiku samotného rezervoáru. Funguje jako blackbox. V klasickém počítači musí být každá operace naprosto přesně řízena. Naproti tomu u rezervoáru, pokud reaguje spolehlivě, lze jeho fyzikální vlastnosti přímo využít k výpočtům.
##seznam_reklama##
K čemu jsou rezervoárové výpočty se soustavou mikročástic? Vědci s nimi dokázali s vysokou přesností předpovídat chaotické časové řady. Ještě působivější bylo, že systém dokázal odhalovat velmi jemné anomálie ve vstupních datech. To je důležité při analýze reálných dat zatížených šumem, například seismických měření nebo klimatických záznamů, kde mohou nepatrné změny dynamiky znamenat například včasné varování před katastrofou. Zatím to je jenom laboratorní model, ale rezervoárové výpočty mají budoucnost.
Video: Scientists Built a Computer Out of Water
Video: Microrobots and the “lazy agent problem”
Literatura