Skalierbare magnonische neuronale Netze

Künstliche Intelligenz (KI) verändert die Welt nicht nur, wie wir mit Technologie interagieren, sondern auch, wie wissenschaftliche Forschung betrieben wird. Hinter den beeindruckenden Leistungen der KI verbirgt sich jedoch ein Problem: Der Energiebedarf und die Hardwareanforderungen heutiger KI-Systeme sind enorm. Um dem entgegenzuwirken, erforschen Wissenschaftler:innen neue Wege, Computer zu entwickeln, die eher wie das menschliche Gehirn arbeiten und dabei deutlich energieeffizienter sind. Ein vielversprechender Ansatz ist die sogenannte Magnonik. Anstatt elektrische Ströme zu verwenden, nutzt die Magnonik winzige Wellen sogenannte Spinwellen , die sich in magnetischen Materialien ausbreiten. Diese Wellen können Informationen über ihre Phase und Amplitude codieren und verarbeiten, ähnlich wie Neuronen im Gehirn elektrische Signale nutzen. Da sie im Hochfrequenzbereich (Gigahertz) arbeiten, ermöglichen sie schnelle und kompakte Geräte. Das Projekt MagNeuro verfolgt das Ziel, skalierbare magnonische neuronale Netzwerke zu entwickeln. Kleine Verarbeitungseinheiten, entworfen mit einem KI-gestützten Verfahren namens Inverse Design, sollen durch Interferenz von Wellen Muster erkennen etwa Vokallaute in der Sprache. Diese Einheiten werden über nanoskalige Verstärker verbunden, die die Signale verstärken und so größere Netzwerke ermöglichen ähnlich wie neuronale Schichten im Gehirn. Im Rahmen des Projekts werden zudem neuartige, lokal begrenzte parametrische Verstärker im Nanomaßstab entwickelt. Sie sind entscheidend, um schwache Signale zu verstärken und die Kaskadierung einzelner Recheneinheiten zu einem integrierten, mehrschichtigen Netzwerk zu ermöglichen. MagNeuro bringt Expert:innen aus Österreich, Ungarn, Deutschland, der Ukraine und der Tschechischen Republik zusammen. Gemeinsam kombinieren sie fortgeschrittene theoretische Konzepte, leistungsstarke Simulationen und modernste Verfahren der Nanofabrikation. Die verwendeten magnetischen Materialien etwa ultradünne Schichten aus Yttrium-Eisen-Granat werden präzise strukturiert und mit spezialisierten optischen und mikrowellentechnischen Messverfahren getestet. MagNeuro ebnet den Weg für eine neue Klasse von Computerhardware: schneller, kleiner und deutlich energieeffizienter als heutige Siliziumtechnologie. Die Ergebnisse könnten großenEinfluss daraufhaben, wiezukünftigeKI-Systeme, Telekommunikationsgeräte oder Spracherkennungs- und Sicherheitslösungen entwickelt werden. Das Projekt legt besonderen Wert auf die Bündelung der Expertise der beteiligten Forschungsteams. Das Kernteam besteht aus Univ.-Prof. Dr. Andrii Chumak und Univ.- Prof. Dr. Dieter Süss von der Fakultät für Physik der Universität Wien sowie Assoz. Prof. Dr. Gyorgy Csaba von der Pzmny Péter Katholischen Universität in Budapest.