Cervello può essere simulato con nuovi materiali quantistici

Secondo i ricercatori il cervello biologico può essere emulato tramite componenti separati ma collegati tra loro fino a formare reti sempre più complesse in un sistema comunque coordinato (credito: University of California - San Diego)

Nuovi dispositivi informatici per simulare più efficientemente le funzioni cerebrali sono stati sviluppati a livello concettuale da un team di ricercatori dell’Università della California a San Diego e della Purdue University. I ricercatori hanno simulato l’utilizzo di innovativi materiali per creare una struttura di reti e dispositivi i quali a loro volta rispecchiano il complesso livello di connettività dei neuroni e delle sinapsi, il tutto per creare computer sempre più efficienti e potenti.
Il metodo usato dai ricercatori viene descritto in dettaglio in uno studio pubblicato su PNAS.

Simulazione del cervello per propositi informatici

Una delle aree più in fermento relative alla creazione di computer sempre più efficienti vede i ricercatori tentare di simulare il funzionamento del cervello.
Uno dei problemi relativi alla simulazione delle funzioni del cervello per realizzare computer sempre più efficienti in vista di un’intelligenza artificiale complessa risiede però proprio nell’utilizzo dei materiali. Si tenta sempre più di realizzare strutture informatiche che simulino il cervello biologico con materiali che mostrano proprietà basate sulla meccanica quantistica per superare i limiti dei semiconduttori tradizionali.
Si stanno concettualizzando dispositivi di nuova generazione sempre più complessi ma anche sempre più flessibili e sempre meno esosi in termini di consumo energetico.

Calcolo neuromorfico

In questo contesto i principali tentativi stanno attuando nel campo del calcolo neuromorfico.
“Il calcolo neuromorfico si ispira ai processi emergenti dei milioni di neuroni, assoni e dendriti che sono collegati in tutto il nostro corpo in un sistema nervoso estremamente complesso”, spiega Alex Frañó, professore del Dipartimento di Fisica e uno dei leader del gruppo di ricerca.
Frañó, insieme ai colleghi, ha deciso che un progresso si poteva ottenere anche effettuando simulazioni dei materiali quantistici da usare per questi nuovi dispositivi, quindi da un punto di vista più teorico che pratico.

Collegamenti tra neuroni e sinapsi emulati con nuovi materiali

I ricercatori hanno dunque simulato l’utilizzo di due tipi di materiali quantistici: i superconduttori a base di ossido di rame e i materiali di transizione isolanti metallici a base di ossido di nichel. Hanno quindi simulato la creazione di un dispositivo ad anello il quale potrebbe essere controllato con estrema precisione a grandezze nanoscopiche tramite l’elio e l’idrogeno con un processo che rifletterebbe i collegamenti che esistono tra i neuroni e le sinapsi.
Aggiungendo poi questi dispositivi in serie è possibile far scambiare informazioni tra loro e, realizzando poi, senza soluzione di continuità, reti sempre più grandi e complesse, simulare le proprietà emergenti del cervello di un animale.

Rete sempre più complessa

“È sorprendente che quando inizi a inserire più loop, inizi a vedere un comportamento che non ti aspettavi”, spiega Frañó. “Da questo documento possiamo immaginare di farlo con sei, 20 o cento di questi dispositivi, quindi diventa esponenzialmente ricco da quel punto. In definitiva l’obiettivo è creare una rete molto ampia e complessa di questi dispositivi che avrà la capacità di apprendere e adattarsi.”

Note e approfondimenti

  1. Low-temperature emergent neuromorphic networks with correlated oxide devices | PNAS (IA) (DOI: 10.1073/pnas.2103934118)

Articoli correlati

Condividi questo articolo

Data articolo