ספינטרוניקה בשירות הבינה המלאכותית

קבוצת חוקרים מישראל, פורטוגל, בלגיה ואיטליה בראשות פרופ' ליאור קליין מהמחלקה לפיזיקה באוניברסיטת בר-אילן זכתה במענק מחקר של למעלה מ-3 מיליון אירו מטעם רשות החדשנות האירופית (EIC). המענק ניתן במסגרת תוכנית Pathfinder Open המקדמת פיתוח טכנולוגיותHigh-Risk High-Gain. הקבוצה, שמשלבת חוקרים מהאקדמיה והתעשייה, תפתח חומרת מחשב חדשנית לתחום הבינה המלאכותית המבוססת בין היתר על פטנטים של המעבדה של פרופ' קליין בתחום שנקרא ספינטרוניקה. החומרה החדשנית צפויה להביא לפריצת דרך במהירות ובעלות האנרגטית של החישובים הנדרשים לבינה מלאכותית, ולכן תשפיע במיוחד על יישומים הדורשים יכולת חישובית בנקודת הקצה כמו בתחומי תחבורה, רפואה, רובוטיקה, ועוד.

השקת תוכנת ChatGPT על יד חברת OpenAI בסוף 2022 העלתה מאוד את המודעות הציבורית לעוצמתה של הבינה המלאכותית. היכולת של התוכנה לנהל עם משתמשיה תקשורת שנחווית כאינטליגנטית ולספק תשובות במגוון רחב של נושאים גרמה לתגובות שנעו בין התלהבות ובין חרדה עמוקה לעתיד המין האנושי. הבינה המלאכותית היא הרבה יותר מ-ChatGPT והשימושים בה רבים ומגוונים כבר היום. לדוגמה, בתי חולים נעזרים בה בפענוח תוצאות MRI בהצלחה ניכרת, חברות פיננסיות נעזרות בה באיתור הונאות מבלי לקבוע מראש פרמטרים מחשידים, היא משמשת לזיהוי פנים בתמונות המתקבלות ממצלמות אבטחה ועוד.

שימוש גובר והולך בבינה מלאכותית יצריך גידול משמעותי של משאבי חישוב, ולכן נוצר צורך דחוף במציאת דרכים מהירות יותר ויעילות יותר מבחינה אנרגטית לביצוע חישובי הבינה המלאכותית. אחת הדרכים המבטיחות להשגת יעדים אלה היא באמצעות חומרה שתוכל לבצע את החישובים באופן אנלוגי במקום באופן דיגיטלי. המשמעות היא שרכיב החומרה יקבל כקלט אותות חשמליים והפלט שלו, שייקבע על פי התכונות החשמליות של מרכיבי החומרה, יהיה שקול לביצוע מספר רב של פעולות דיגיטליות. מדובר ברכיב חומרה מורכב שניתן לשנות את תכונותיו החשמליות כדי להתאימן למשימות חישוביות שונות.

הרעיון הבסיסי של קבוצת החוקרים היא לייצר רכיב המבוסס על ספינטרוניקה - ענף המתמקד בחקר תופעות פיזיקליות שקשורות לכך שלאלקטרון, מלבד מטען חשמלי, יש גם מומנט מגנטי הנקרא ספין. הרכיב הספינטרוני, שיהיה לב החומרה החדשה, הוא צומת מנהור קוונטי שבו שתי שכבות מגנטיות מופרדות על ידי שכבה מבודדת דקה. ההתנגדות של הרכיב תלויה בכיוון היחסי של המגנטיות בשתי השכבות: נמוכה כשהמגנטיות בשתי השכבות מקבילה, וגבוהה כשהיא מנוגדת. אולם, כשלרכיב יש רק

שני מצבי התנגדות, האפשרות להשתמש בו כמרכיב בחומרה אנלוגית יעילה לצורכי בינה מלאכותית מוגבלת מאוד. הפטנטים והמחקר הקודם של הקבוצה של פרופ' קליין מראים כיצד ניתן לייצר רכיבים כאלה עם מספר רב של מצבים מגנטיים, דבר שצפוי להגדיל מאוד את הדיוק, המהירות והיעילות האנרגטית של הרכיבים.

החוקרים מאוניברסיטת בר-אילן, חברת SpinEdge הישראלית, מכון INESC הפורטוגלי, האוניברסיטאות UCLouvain ו-FUB בבלגיה ומחברתI-FEVS האיטלקית - יעבדו יחד כשלוש שנים בשאיפה לייצר אב-טיפוס ראשוני של החומרה ולהוכיח את הישימות והיעילות שלה. חומרה כזאת תהיה חשובה במיוחד לחישובי קצה, כלומר למקרים שבהם חיוני שהחישוב יבוצע ליד נקודת קבלת המידע, למשל באמצעות חיישנים שונים. יישומים כאלה כוללים שימוש ברכב אוטונומי, ניתוח קלט של מצלמות אבטחה, פרוצדורות רפואיות שדורשות החלטות מידיות ועוד.

לתוכניות הלימוד במחלקה לפיזיקה