Fysiikkaan koulutettu tekoäly nopeuttaa materiaalikehitystä

Chalmersin teknillisen yliopiston tutkijat ovat kehittäneet uuden tavan nopeuttaa nanfotonisten optisten komponenttien suunnittelua. He ovat kouluttaneet neuroverkkomallin, joka hyödyntää fysiikan peruslakeja, lyhentäen aiemmin kuukausia kestäneitä laskennallisia simulaatioita vain päiviin.

Tutkimusryhmä keskittyy nanfotonisiin optisiin komponentteihin, joissa valoa manipuloidaan alle yhden aallonpituuden kokoisilla rakenteilla. Tällaisia materiaaleja voidaan hyödyntää esimerkiksi kameroissa ja silmälaseissa keventämään ja tehostamaan linssejä. Lisäksi tutkimuksella voi olla merkitystä kvanttitietokoneiden kehityksessä, erityisesti tiedonsiirrossa kvanttitietokoneiden välillä.

Perinteisesti uusien materiaalien ominaisuuksia on tutkittu perusteellisilla tietokonesimulaatioilla, jotka edellyttävät suurta määrää dataa neuroverkkojen kouluttamiseen. Yhden datapisteen luominen saattoi kestää jopa tunnin, ja jopa 40 000 simulaatiota saattoi olla tarpeen. Tämä teki koulutusprosessista erittäin aikaavievän.

Uusi menetelmä, jossa neuroverkolle annetaan valmiiksi ymmärrys sähkömagnetismin laeista, vähentää merkittävästi tarvittavan datan määrää. Professori Philippe Tassin toteaa, että heidän laskelmansa ovat nyt kymmenesosan aiemmasta ajasta. Tämä nopeuttaa optisten komponenttien suunnittelua ja avaa mahdollisuuksia uusille sovelluksille ja teknologisille edistysaskelille.