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Quantum Materials for Integrated nanoscale Neuromorphic computing Devices

Description du projet

Une approche novatrice pour des systèmes d’intelligence artificielle ultrarapides, économes en énergie et évolutifs

La rapide croissance de l’intelligence artificielle met à mal les limites des systèmes informatiques traditionnels, qui peinent à résoudre les problèmes d’efficacité énergétique et d’évolutivité. Pour relever ces défis, des chercheurs se penchent sur l’informatique neuromorphique (des systèmes inspirés par la structure du cerveau) et la photonique, qui utilise la lumière pour un traitement plus rapide et plus performant. La conception de réseaux neuronaux entièrement optiques est toutefois complexe en raison des faibles interactions optiques non linéaires qui sont essentielles pour les calculs complexes. Avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie, le projet Q-MIND va exploiter les phonons-polaritons – hybrides quantiques de la lumière et des vibrations du réseau – dans des matériaux 2D et des semi-conducteurs dopés. Ces matériaux peuvent guider la lumière à l’échelle nanométrique avec une perte d’énergie minimale tout en permettant de fortes interactions non linéaires.

Objectif

In the last years, artificial intelligence (AI) has driven critical advancements in sectors like healthcare, autonomous vehicles, entertainment, and finance, transforming science, technology, and our daily lives. Deep-learning neural networks (NNs) are central to many of these AI systems due to their ability to learn complex patterns, largely owing to their nonlinear activation function. However, NNs are typically built on traditional von Neumann architectures, where separate memory and processing units result in inefficiencies, leading to high costs and energy consumption as AI models grow more complex. This has boosted great interest in unconventional computing architectures, like neuromorphic computing, which mimics the brain's design for more sustainable and scalable AI systems. Photonics presents a promising solution here, offering unmatched speed, parallel processing, and energy efficiency that outperform traditional electronic chips. Despite this potential, realizing all-optical NNs presents considerable technical challenges. Key obstacles include weak nonlinear optical interactions, which are essential for creating complex input-output relations in NNs via nonlinear activation functions. In turn, plasmonic systems can provide stronger nonlinearities, but ohmic losses hinder their application.

Q-MIND aims pioneer a radically-new nanometer-scale, ultrafast and energy-efficient technology to address current limitations in neuromorphic computing. Specifically, it will integrate phonon-polaritons—quantum hybrids of light and lattice vibrations—in 2D materials, which can guide light at the nanoscale with minimal energy loss, and heavily doped semiconductors, which will provide tunability and dynamic control of nonlinear interactions. Both materials' nonlocal behavior will be key to unlocking novel nanoscale nonlinear processes at the heart of Q-MIND's vision.

Q-MIND aligns with EU and UN priorities on sustainable development and AI and quantum technologies.

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) HORIZON-MSCA-2024-PF-01

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Coordinateur

FONDAZIONE ISTITUTO ITALIANO DI TECNOLOGIA
Contribution nette de l'UE
€ 193 643,28
Coût total
Aucune donnée

Partenaires (2)